WO1983004276A1 - Hollow foundation element and manufacturing method thereof - Google Patents

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

Definitions

  • a filter tube is arranged in the water-permeable layer, from which water entering through a ' refers to a hollow periodicallys ⁇ body of substantially constant cross-section, be ⁇ standing out of concrete, which is continued by a water-permeable layer down, pipe guided in the foundation body is removable.
  • the object of the invention is to design a foundation body of the type outlined at the outset, in particular a foundation pile, in such a way that it initially acts in a known manner as a drainage pile, but at the same time is statically effective over its entire length. This is achieved in that the water-permeable layer of filter concrete, in particular in a manner known per se.
  • filter concrete in particular the one-grain material
  • filter stones have been prefabricated therefrom, which have subsequently been laid.
  • the einkorn material such as AT-PS No. ?. 358.997 describes that in the groundwater area care was taken to seal the wall of the borehole and also to make the single-grain concrete impermeable to the groundwater through sufficient binding agent addition.
  • the filter concrete used already has greater compressive strength than natural water-permeable layers or as a gravel casing placed around the filter tube. It is also possible to provide the entire foundation body with continuous reinforcement. As soon as the groundwater level has been lowered sufficiently, the filter concrete can also be pressed with a hardening injection material. This had previously been proposed (see AT-PS No. 168.946) in order to make a filter layer impermeable to water. In connection with the invention, this also leads to the fact that the lower end of the foundation body can absorb pressure forces transmitted from the upper part thereof to an increased extent.
  • Figure 1 is a section through a drainage Quer ⁇ represents pole and Figures 2a and 2g illustrate the preparation of the same..; 3a to 3d show the use of the piles described in the manufacture of a building; 4a to 4c show the application of the invention to a drain nail wall.
  • the drainage pile shown in Fig. -1 composed 'of a lower part of filter concrete 1 and a obe ⁇ ren part of water-impermeable normal concrete 7. It is through iron with ijnsver Stammer Bewehrungs ⁇ provided 2, the direction by a spiral in the circumferential extending reinforcing bars together are kept. Pipes 6 and 4 run along the axis of the pile surrounded by the soil 8. The pipe surrounded by the filter concrete 1 is designed as a water-permeable filter pipe 4 and is accordingly provided with slots or the like. A bottom plate 3 with a sump eye 5 welded to it prevents the washing out of the bottom below the drainage pile. 9 with a removable rubber packer is indicated, which prevents the penetration of concrete into the interior of the filter tube 4 during the production of the layer of filter concrete 1.
  • the drainage pile shown is produced by first lowering a casing pipe 10 into the ground 8 to below the groundwater level 11 (FIGS. 2a, 2b).
  • the interior of the casing tube 10 is emptied using conventional construction machinery 13.
  • tube 6 introduced Fig. 2c
  • Filter concrete 1 is introduced around the reinforcing bars 2, while at the same time the casing tube 10 is pulled up (FIG. 2d).
  • the known filter or single-grain concrete is preferably composed of gravel with a uniform grain size between 2 mm and 32 mm and contains approx.
  • the entire concrete (including single-grain concrete) is, as is currently customary, brought into the corresponding height (depth) of the drainage pile * with the help of a concrete pipe.
  • the filter tube 4 can be sealed by a rubber packer 9 while the filter concrete 1 is being introduced, whereas the filter concrete can be flushed through during the setting process so that it remains permeable to water.
  • the water table 11 is lowered (Fig. 2f), by selecting from the drainage pile the via the filter tube 4 water which has penetrated is pumped up or sucked off from above via a pump introduced through the pipe 6.
  • the filter concrete 1 can be pressed through the filter pipe 4 by a cement injection 12 and thus made water-impermeable and increasingly pressure-resistant .
  • the construction according to the invention of a foundation pile that can be used for drainage takes into account the differences to which such a component is exposed in its various height ranges: bending stresses are practically limited to the upper part, where the pile is constructed in a conventional manner, in the lower part there- against, occur almost exclusively pressure loads that can be easily absorbed by reinforced filter concrete.
  • the lowermost part of the foundation pile 5, which is primarily used for drainage, is thus effective in its entire length in such a way that it reduces the peak pressure on the pile bottom to the permissible level by jacket friction.
  • FIGS. 3a-d il- The mode of operation of the drainage pile according to the invention during the construction process is illustrated by FIGS. 3a-d il-,
  • FIG. 3a a series of piles according to FIG. 3a is produced.
  • the excavation pit is then excavated (FIG. 3b).
  • anchoring with anchors 14 is possible as an additional safeguard against the occurring earth pressure.
  • the jacket friction is also increased in this area, since the injection material partially penetrates into the surrounding subsoil.
  • the pile is given a higher load-bearing capacity, which can usefully be coordinated with the increasing building load.
  • the invention is not limited to a cylindrical cross-sectional foundation body, that is to say foundation piles in the narrower sense, but rather it is possible to implement the same basic principles for foundation bodies, for example a rectangular cross-section, for example in the case of diaphragm walls.
  • a shaft is first excavated and the wall thereof is protected by a supporting liquid 18 (eg bentonite suspension) introduced between guide walls 16.
  • a partition 17 is then lowered (FIG. 4b), which is generally perforated, but has a closed component 17 'in the lower region.
  • the further sequence is the same as that described for FIG. 2, with the difference that filter concrete 1 is introduced only on one side of the wall part 7 'and therefore the groundwater is lowered only on this side of the wall.
  • the filter concrete 1 only becomes effective when the sealing of the adjacent area has been removed by the supporting liquid, for example by partially dissolving the sealing layer.

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Description

Hohler Gründungskörper unα Verfahren zur Herstellung einer Gründung
Die Erfindung bezieht' sich auf einen hohlen Gründungs¬ körper im wesentlichen konstanten Querschnittes, be¬ stehend aus Beton,der nach unten durch eine wasser- durchlässige Schicht fortgesetzt ist, wobei in der wasserdurchlässigen Schicht ein Filterrohr angeordnet ist, aus welchem eindringendes Wasser durch ein im Gründungskörper geführtes Rohr entfernbar ist.
Charakteristik des nächstkommenden Standes der Technik
Es ist bereits verschiedentlich vorgeschlagen worden, Drainagepfähle, die zur Absenkung des Grundwassers im Bereich von Gründungspfählen oder -mauern üblich sind, nicht seitlich zu dem Gründungsbauwerk anzu- ordnen. Vielmehr wird ein Rohr durch den Gründungs¬ körper in die Tiefe geführt, in welches das Grund¬ wasser aus einer unterhalb des Gründungskörpers be¬ findlichen wasserdurchlässigen Schicht eindringt, worauf es nach oben gepumpt oder gesaugt wird. Statisch betrachtet ist bei bekannten derartigen Einrichtungen (vgl. AT-PS 186 197, AT-PS 225 629) die unterhalb des Gründungskörpers befindliche Filterschicht kein Teil des Gründungskörpers.
Aufgabe der Erfindung und Darlegung des Wesens der" Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, einen Gründungskörper der eingangs skizzierten Art, ins¬ besondere einen Gründungspfahl, so auszugestalten, daß er zunächst in bekannter Weise als Drainage- pfähl wirkt, gleichzeitig jedoch in voller Länge statisch wirksam ist. Dies wird dadurch erreicht, daß die wasserdurchlässige Schicht aus Filterbeton, insbesondere in an sich bekannter Weise Einkornbeton, besteht.
Soweit bisher Filterbeton, insbesondere auch das Ein¬ kornmaterial, hergestellt worden ist, wurden daraus Filtersteine vorgefertigt, die anschließend verlegt worden sind. Erfolgte die Einbringung des Einkornma¬ terials, wie dies AT-PS Nr?. 358.997 beschreibt, in den Grundwasserbereich so wurde dafür Sorge getragen, einer¬ seits die Wand des Bohrloches abzudichten und überdies durch hinreichenden Bindeiaittelzusatz den Einkornbeton für das Grundwasser undurchlässig zu machen.
-Der verwendete Filterbeton weist an sich schon größere Druckfestigkeit auf als natürliche wasserdurchlässige Schichten oder als ein um das Filterrohr eingebrachter Kiesmantel. Zudem ist es möglich, den gesamten Grün— dungskörper mit einer durchgehenden Bewehrung zu ver¬ sehen. Sobald der Grundwasserspiegel -genügend abgesenkt ist, kann der Filterbeton außerdem mit einem erhärten¬ den Injektionsmaterial verpreßt werden. Dies war bisher schon vorgeschlagen worden (vgl. AT-PS Nr. 168.946), um eine Filterschicht wasserundurchlässig zu machen. Im Zusammenhang mit der Erfindung führt das überdies dazu, daß das untere Ende des Gründungskörpers vom obe¬ ren Teil desselben übertragene Druckkräfte in verstärk- tem Maße aufnehmen kann.
Beschreibung der Zeichnungsfiguren
Einzelheiten der Erfindung werden anschließend, anhand der Zeichnung beschrieben, wobei Fig. 1 einen Quer¬ schnitt durch einen Drainagepfahl darstellt und Fig. 2a und 2g die Herstellung desselben illustrieren; Fig. 3a bis 3d zeigen die Verwendung der beschriebenen Pfähle bei der Herstellung eines Gebäudes; Fig. '4a bis 4c zeigen die Anwendung der Erfindung bei einer Drai- nagewand.
Beschreibung bevorzugter Ausführungs¬ beispiele
Der in Fig. -1 dargestellte Drainagepfahl besteht' aus einem unteren Teil aus Filterbeton 1 und einem obe¬ ren Teil aus wasserundurchlässigem Normalbeton 7. Er ist durchgehend mit ängsverlaufenden Bewehrungs¬ eisen 2 versehen, die durch eine Wendel in Umfangs- richtung verlaufender Bewehrungseisen zusam engehal- ten sind. Entlang der Achse des rings vom Erdreich 8 umgebenen Pfahles verlaufen Rohre 6 und 4. Das vom Filterbeton 1 umgebene Rohr ist als wasserdurchlässi¬ ges Filterrohr 4 ausgebildet und dementsprechend mit Schlitzen od. dgl. versehen. Eine Bodenplatte 3 mit einem daran angeschweißten Sumpf öhr 5 verhindert die Auswaschung des Bodens unterhalb des Drainagepfahles. Mit 9 ist ein entfernbarer Gummipacker angedeutet, der während der Herstellung der Schicht aus Filterbe¬ ton 1 das Eindringen von Beton ins Innere des Filter- rohres 4 verhindert.
Der dargestellte Drainagepfahl wird hergestellt, indem zunächst ein Mantelrohr 10 in das Erdreich 8 bis unter den Grundwasserspiegel 11 abgesenkt wird (Fi>g. 2a, 2b). Mittels üblicher Baumaschinen 13 wird der Innenraum des Mantelrohres 10 entleert. Anschließend wird d.as Rohr 6 eingebracht (Fig. 2c) , das an seinem unteren Ende das Filterrohr 4, das Sumpfröhr 5 und die Bodenplatte 3 trägt. Um die Bewehrungseisen 2 wird Filterbeton 1 ein¬ gebracht, während gleichzeitig das Mantelrohr 10 hoch- gezogen wird (Fig. 2d) .
Der an sich bekannte Filter- oder Einkornbeton setzt sich vorzugsweise aus Kies einer einheitlichen Korn- große zwischen 2 mm und 32 mm zusammen und enthält ca.
120 bis 200 kg Zement pro Filterbeton. Es ist nur eine relativ geringe Wasserzugäbe notwendig, da nur ein Anheften der Zementteilchen an die Kieskörner notwen¬ dig ist. Das zum vollkommenen Abbinden des Betons not- wendige Wasser wird bei der Unterwassereinbringung durch das dort ja vorhandene Grundwasser ergänzt. Um die Bindung des Zements an den Kies bei starkem Was¬ sereintritt zu sichern, können handelsübliche Zusätze verwendet werden, die das Lösen des Zements von den Kieskörnern verhindern. Ihr Anteil beträgt üblicher- weise zwischen 0,3 und 0,8 Gew.-%.
Der gesamte Beton (auch Einkornbeton) wird, wie derzeit üblich, mit Hilfe eines Betonierrohres in die entspre¬ chende Höhe (Tiefe) des Drainagepfahles* eingebracht.
Während des Einbringens des Filterbetons 1 kann, wie erwähnt, das Filterrohr 4 durch einen Gummipacker 9 ab¬ gedichtet werden, während des Abbindevorganges kann hingegen der Filterbeton durchspült werden, damit er wasserdurchlässig bleibt. Anschließend an die Herstel¬ lung der Schicht aus Filterbeton 1 wird der obere Teil des Drainagepfahles in Normalbeton 7 (Fig." 2e) ausge¬ führt. Der Grundwasserspiegel 11 wird abgesenkt (Fig. 2f) , indem aus dem Drainagepfahl das über das Filterrohr 4 eingedrungene Wasser über eine durch das Rohr 6 einge¬ brachte Pumpe hochgepumpt oder von oben abgesaugt wird. Sobald keine weitere Drainage mehr vonnδten ist, kann der Filterbeton 1 durch das Filterrohr 4 durch eine Zementinjektion 12 verpreßt und damit wasserundurchläs¬ sig und verstärkt druckfest gemacht werden.
Der erfindungsgemäße Aufbau eines zur Drainage verwend- baren Gründungspfahles berücksichtigt die Unterschiede, denen ein solcher Bauteil in seinen verschiedenen Höhen¬ bereichen ausgesetzt ist: Biegebeanspruchungen beschrän¬ ken sich praktisch auf den oberen Teil, wo der Pfahl in konventioneller Weise aufgebaut ist, im unteren Teil hin- gegen treten, so gut wie ausschließlich Druckbelastungen auf, die insbesondere von bewehrtem Filterbeton ohne weiteres aufgenommen werden können. Der zunächst primär der Drainage dienende unterste Teil des Gründungspfahles 5 ist damit in seiner ganzen Länge dahingehend wirksam, daß er durch Mantelreibung den Spitzendruck am Pfahl¬ grund auf das jeweils zulässige Maß herabsetzt.
Die Wirkungsweise des er indungsgemäßen Drainagepfahles während des Bauablaufes wird anhand von Fig. 3a - d il-,
10 lustriert. Zunächst wird, wie beschrieben, eine Reihe von Pfählen gemäß Fig. 3a hergestellt. Anschließend er¬ folgt der Baugrubenaushub (Fig. 3b) . Im Zuge desselben ist eine Ankerung mit Ankern 14 als zusätzliche Siche¬ rung gegen den auftretenden Erddruck möglich. Unterhalb
15 des Grundwassers kann ein Unterwasseraushub vorgenommen werden. Falls dies nicht erwünscht ist,* besteht die Mög¬ lichkeit, bereits jetzt den Grundwasserspiegel abschnitts¬ weise abzusenken. Die Hauptbeanspruchung des Pfahles be¬ steht in der Aufnahme von Biegemomenten, welche durch
20 den Erddruck erzeugt werden. Die auftretenden Biegemo¬ mente werden durch die vorhandene Bewehrung 2 aufge¬ nommen. Die Querschnittsschwächung durch das Brunnen¬ rohr 6 beeinflußt nur sehr unwesentlich dieses Tragver¬ halten, da das Brunnenrohr 6 zentrisch angeordnet ist
25 und damit in der neutralen Zone der Biegebeanspruchung liegt.
Nach dem Baugrubenaushub (u.U. auch währenddessen) wird das Grundwasser durch die untere Filterbetonstrecke 1 des Pfahles angesaugt und durch das Brunnenrohr 6 abge- 30 pumpt. Es gelten hier von Seiten der Dimensionierung die gleichen Voraussetzungen wie für einen normalen Brun¬ nen (Fig. 3c) . Anschließend wird der unterirdische Teil des Bauwerkes 15 gebaut, so daß eine wasserdichte Wanne entsteht. Nach dem Bau des unterirdischen Bauteils wird das ober¬ irdische Gebäude hergestellt (Fig. 3d) . Sobald durch die wachsende Auflast die Auftriebssicherheit des Bauwerkes gewährleistet ist, kann die Grundwasserabsenkung einge- stellt werden. Um die Tragfähigkeit der Pfähle zu er¬ höhen, besteht die Möglichkeit, daß anschließend durch das Filterrohr 4 der Einkornbeton 1 mittels Injektion 12 weiter verbessert wird. Dabei wird zusätzlich zur Tragfähigkeit des Pfahles in diesem Bereich auch die Man- telreibung erhöht, da das Injektionsgut teilweise in den umgebenden Untergrund eindringt. Soweit erhält der Pfahl im Zuge des Baufortschrittes eine höhere Tragfähigkeit, die sinnvollerweise mit der ansteigenden Bauwerkslast abgestimmt werden kann.
Die Erfindung ist nicht auf Gründungskδrper zylindrischen Querschnittes, also auf Gründungspfähle im engeren Sinne beschränkt, vielmehr ist es möglich, denselben Grundge¬ danken bei Gründungskörpern beispielsweise rechteckigen Querschnittes, etwa .bei Schlitzwänden, zu verwirklichen.
Die Herstellung einer solchen Drainagewand ist in Fig. 4a bis c dargestellt.
Gemäß Fig. 4a wird zunächst ein Schacht ausgehoben und dessen Wandung durch eine zwischen Leitwänderi 16 einge¬ brachte Stützflüssigkeit 18 (z.B. Bentonitsuspension) geschützt. Anschließend (Fig. 4b) wird eine Trennwand 17 abgesenkt, die im allgemeinen durchlöchert ist, im unte¬ ren Bereich aber einen geschlossenen Bauteil 17' aufweist. Der weitere Ablauf ist derselbe wie zu Fig. 2 beschrieben, mit dem Unterschied, daß nur auf einer Seite des Wandtei- les 7' Filterbeton 1 eingebracht wird und daher nur auf dieser Seite der Wand eine Absenkung des Grundwassers er¬ folgt. Der Filterbeton 1 wird erst wirksam, wenn die Ab¬ dichtung des angrenzenden Bereiches durch die Stützflüs¬ sigkeit, beispielsweise durch teilweise Auflösung der Dichtungsschicht, aufgehoben worden ist. r ,-. -o

Claims

- 7 -P a t e n t a n s p r ü c h e :
1. Hohler Gründungskörper im wesentlichen konstanten Querschnittes, bestehend aus Beton, der nach unten durch eine wasserdurchlässige Schicht fortgesetzt 5 ist, wobei in der wasserdurchlässigen Schicht ein
Filterrohr angeordnet ist, aus welchem eindringendes Wasser durch ein im Gründungskörper geführtes Rohr entfernbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserdurchlässige Schicht aus Filterbeton (1)., ins- ' 10 besondere in an sich bekannter Weise aus Einkorn¬ beton, besteht.
2. Hohler Gründungskörper nach Anspruch 1 , dadurch ge¬ kennzeichnet, daß in der wasserdurchlässigen Schicht Bewehrungseisen (2) angeordnet sind.
15 3. Hohler Gründungskörper nach Anspruch 1 oder 2 , da¬ durch gekennzeichnet, daß die wasserdurchlässige Schicht durch eine Bodenplatte (3) abgeschlossen ist.
4. Verfahren zur Herstellung einer Gründung unter Ver- 20 wendung von Gründungskörpern nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß nach Abschluß der Grundwasser¬ absenkung der Filterbeton in an sich bekannter Weise durch das Filterrohr (4) mit einem erhärtenden Injektionsmaterial, z.B. Zementmilch, verpreßt wird.
O
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