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Die Erfindung betrifft eine Pfahlfundamentkonstruktion aus mehreren durch Rammen eines mit einem Verdrängungskopf versehehen Rohres in den Erdboden und danach durch Ausfüllen eines beim Herausziehen des Rohres verbleibenden Hohlraumes über das Rohr mit einem nachverfestigenden Material gebildeten Einzelpfählen, deren obere Enden mit einem Verbindungskörper verbunden sind.
Die Erfindung betrifft ferner auch eine Einrichtung zum Herstellen der Pfahlfundamentkonstruktion, bestehend aus einem Rammgestell, einer Rammvorrichtung und einem an letzterer angeschlossenen, zum Erfassen des Oberteils des oder der Rohre dienenden Rammklotz sowie einen Betonierungsbehälter zum Herstellen der Pfahlfundamentkonstruktion, in dessen Oberteil ein Rohr für eine Pressluftzuführung mündet.
Pfahlgründungsverfahren sind im Tiefbauwesen in zahlreichen Varianten bekannt und können nach verschiedenen Gesichtpunkten gruppiert werden. Allgemein ist es üblich, sie nach der Fertigungstechnologie als Fundamente aus entweder vorgefertigten oder aus am Einbauort hergestellten Pfählen zu unterscheiden.
Zur letzteren Gruppe gehört auch jenes Fundamentierungsverfahren, bei welchem aus Pfählen von relativ kleinem Durchmesser (80 bis 130 mm) - die in der Fachliteratur und in der Praxis auch als "Mikropfähle" erwähnt werden - Pfahlgruppen gebildet sind, die dann vor allen Dingen bei grossbemessenen Bauobjekten unter Geländeniveau (Tunnels, Unterflur-Bahnen, METRO) zur Verhinderung der bei ihrem Bau auftretenden Gebäudeschäden bzw. zur Verminderung von schädlichen Bodensenkungen, ferner zur Stabilisierung der freistehenden Erdwände bei tieferen Baugruben, zur Verstärkung von Gebäuden oder als selbständige Fundamentkonstruktionen verwendet werden.
Obwohl wegen des verhältnismässig kleinen Durchmessers der Einzelpfähle deren Tragfähigkeit relativ klein ist, übersteigt der von der grösseren spezifischen Mantelfläche herrührende Vorteil den obigen Nachteil und ist im Vergleich zu den herkömmlichen Pfahlgründungsverfahren einerseits ökonomischer, anderseits kann wegen der örtlichen Gegebenheiten in gewissen Fällen nur das "Mikropfahlgründungsverfahren" zum Einsatz kommen, nicht aber das herkömmlich Tiefgründungsverfahren.
Die Fertigung der Einzelpfähle für die Mikrofundamentierungsgruppen erfolgt so, dass mit einer Bohrmaschine Bohrlöcher in den Boden gebohrt und diese danach durch Injektierung mit Zementbrei angefüllt werden. Das Bohren der Bohrlöcher kann beispielsweise mit Wasserspülung erfolgen, wobei das Spülrohr der Bohrmaschine mit einem Bohr- oder Fräskopf versehen ist, doch kann das Bohrloch auch mit der herkömmlichen Futterrohr-Verrohrung trocken angebohrt werden.
Die Bohrlochwand wird meist durch ein Futterrohr, manchmal auch durch eine Bentonitsuspension, stabilisiert, d. h. gegen Einsturz gesichert. Bei der Injektierung wird in das Futterrohr ein Injektierungsrohr eingeführt, während das Futterrohr allmählich hochgezogen wird. In unverrohrten Bohrlöchern wird allgemein in mehreren Stufen (Druckstufen) injektiert.
Der grundsätzliche Nachteil der gegenwärtig bekannten Fertigungstechnologie für Mikropfähle ergibt sich aus der Notwendigkeit, dass gebohrt werden muss. Dieses Herstellen der Bohrlöcher ist arbeit-un geräteintensiv (Wasserspülung oder Futterrohrbedarf), ferner muss für die Standfestigkeit der Bohrlochwand besonders gesorgt werden. Darüber hinaus muss die Injektierung in einem eigenen Arbeitsvorgang. mit besonderen Zielgeräten durchgeführt werden. Wegen all dieser Faktoren bedarf das beschriebene Mikropfahl-Fundamentierungsverfahren eines grossen Aufwandes an Arbeit, Geräten und Zeit und ist deshalb auch kostspielig.
In der Tiefbaupraxis werden zu schrägen Verankerungen auch durch Rammen und Injektierung hergestellte Ankerpfähle angewendet, wobei man das mit einer Abschlussspitze versehene Futterrohr in den Erdboden rammt, wo dann die Spitze zurückbleibt, während das Rohr gezogen werden kann. Bei dem Ziehen dieser Rohre wird in den verbleibenden Hohlraum mit einer HochdruckInjektierpumpe bei 20 bis 40 bar Zementbrei eingepresst. Dem Zement-Wassergemisch wird manchmal Kieselgur beigegeben. Mit solchen Pfählen können jedoch nur Verankerungsaufgaben gelöst, nicht aber Fundamentkonstruktionen geschaffen werden.
Aus der DE-OS 2206104 sind einzelne, an Ort und Stelle gegossene Betonpfähle bekannt, wobei das Gehäuse aus dem Boden - bevor der Beton sich erhärtet-herausgenommen wird, und worin das Loch gegen das Eindringen von Schmutz und andern Materialien durch eine Umhüllung geschützt ist.
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Die DE-OS 1634389 beschreibt keine Pfahlgruppe, sondern einen einzigen Pfahl. Dabei weist die Mantellinie des Pfahls senkrecht bzw. schräg zur Mittellängsachse des Pfahls verlaufende Abschnitte auf. Diese können ausschliesslich als Bohrpfähle gefertigt werden.
Die DE-OS 2120691 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von Verbundpfählen. Dabei wird zuerst ein mit einer losen, dichtenden Bodenplatte verschlossenes Vortreibrohr in den Boden eingebracht, in das dann ein vorgefertigter Pfahl eingesetzt wird. Danach werden Injektionsschläuche zum Einbringen von Verpressmasse in das Vortreibrohr bis zu dessen unterem Ende geführt, und das Vortreibrohr wird mit Verpressmasse gefüllt. Dann wird das Vorteibrohr zusammen mit den Injektionsschläuchen unter Zurücklassung der Bodenplatte allmählich angehoben, und die Verpressmasse wird mit hohem Druck in das so zugängig gewordene Erdreich gepresst.
Die AT-PS Nr. 63545 beschreibt ein Verbundtreibrohr für Betonpfähle, und die DE-OS 2013992 betrifft das Herstellen einer Baugrube unter Verwendung eines Stabwerkes mit Pfählen. Dabei wird das Stabwerk durch schlanke Bohrpfähle und mit diesen verbundene Erdanker ausgebildet.
Die Pfähle werden hier nicht parallel zueinander, sondern in verschiedenen Richtungen orientiert gefertigt. Der durch die Pfähle umgebene Erdboden nimmt am Lasttragen nicht teil, sondern jeder Pfahl wirkt als ein einzelstehender Pfahl.
Die DE-OS 1634589 betrifft ein Netzwerk zum Konsolidieren des Erdbodens in der Nähe bereits vorhandener Bauwerke oder zum Festhalten des Erdbodens in Zonen, die einer Erdrutschgefahr ausgesetzt sind. Dabei wird ein dreidimensionales Netzwerk in den Erdboden eingetrieben, das aus einer Vielzahl von in verschiedenen Richtungen orientierten Pfählen mit kleinem Durchmesser besteht. Dieses Netzwerk hat den Zweck, das zwischen seinen Pfählen eingeschlossene Erdreich derart zu umfassen, dass zwischen der Zone, in welcher die Erdarbeiten ausgeführt werden, und den bereits vorhandenen Bauwerken - also gegen horizontales Erdrutschen - ein Schutzschirm gebildet wird. So wird jede Auflockerung des Erdbodens in der Nähe der Fundamente dieser Bauwerke vermieden.
Die DE-OS 1801984 beschreibt eine Pfahlverbindung, die zum Unterfangen von Bauwerken Anwendung finden kann. Demgemäss werden die Pfähle derart angeordnet, dass sie zwischen sich und der der Wand vorgelagerten Verfestigungsschicht einen ausgefüllten Raum bilden, der vom Inhalt freigemacht und mit einer sich verfestigenden Masse so ausgefüllt wird, dass jeweils Pfahlknotenpunkte entstehen. Die Pfähle werden zur Verringerung deren Knick- und Biegelände mit Erdankern verbunden.
Die CH-PS Nr. 376443 beschreibt ein Verfahren, bei welchem zur Unterwassergründung durch in der Schwimmkastenwand angebrachte Bohrungen in den Gewässergrund Pfähle eingerammt werden. Dabei wird ein mit einem Verdrängungskopf versehenes Rohr in den Erdboden gerammt, und der gebildete Hohlraum mit nachverfestigendem Material ausgefüllt. Bei der CH-PS Nr. 376443 hängt die Anzahl der Pfähle von der nötigen Tragfähigkeit und die Anordnung der Pfähle von der Ausbildung des Schwimmkastens ab. Dabei gibt es aber keine "Gruppenwirkung" bezüglich der Belastbarkeit der Pfähle ; die Einzelpfähle sind jedoch in Draufsicht in einer geschlossenen Kurve verteilt.
Die AT-PS Nr. 241362 betrifft ferner ein Verfahren zum mit Verankern erfolgenden Bau einer Unterwasser-Eisenbetonbodenplatte. In einem mit Schalwänden umschlossenen Raum werden Anker unter Wasser eingeschlagen, und durch Unterwasser-Betonierung wird eine Bodenplatte hergestellt, in die die oberen Enden der Anker eingebettet sind.
Die DE-OS 2022787 betrifft ein Verfahren zur mit vorgespannten Ankern erfolgenden Sicherung von Unterwasser-Bodenplatten, wobei nur das untere Ende der Spannanker im Beton eingebettet ist.
Die DE-OS 1409606 betrifft ein Unterwasser-Fundierungsverfahren, bei dem ein Schwimmkasten ein unerlässliches Element bildet. Die Einleitung der Beschreibung betont, dass in tiefem stehendem oder fliessendem Gewässer zum Fundieren z. B. von Brückenpfeilern die Methode ausgearbeitet wurde, deren Wesen darin besteht, dass der Schwimmkasten durch die darin befindlichen Pfähle mit dem Bett verbunden-verankert-wird. Diese Pfähle werden in einer Tiefe von 33 bis 40 m eingeschlagen.
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Die CH-PS Nr. 385754 betrifft genau wie die DE-OS 1409606 ein Unterwasser-Fundierungsverfahren mit einem Schwimmkasten, bei dem Ankerpfähle auch angespannt werden.
Die US-PS Nr. 2, 675, 680 betrifft ein Unterwasserfundierungsverfahren mit einem Schwimmkörper.
Im Schwimmkörper befinden sich durchgehende Löcher, durch die die Pfähle in das Bett geschlagen werden können, und damit kann der Schwimmkörper verankert werden.
Bei den drei letztgenannten Druckschriften befinden sich am Rand der Schwimmkörper- also einer geschlossenen Kurve - eingeschlagene Pfähle. Es sind jedoch nicht mehrere Pfahlgruppen vorhanden, die Seitenabstände nicht angegeben, und wegen der grossen Abmessungen der Schwimmkörper kann die Bodenmasse zwischen diesen Pfählen nicht in die Lasttragung einbezogen werden.
Die DE-OS 2022967 betrifft ein Verfahren zum Verstärken von Uferwänden in Häfen. Die vorhandene Uferwand wird durch ungeordnet gerichtete Bohrungen durchbrochen, und die Bohrungen werden in den Bodenbereich unter der Wand weitervertieft ; in diese Bohrungen wird Beton eingeführt, und aus den so hergestellten Pfählen wird eine Hülle hergestellt, die an der Wasserseite durch eine Eisenbetonwandschale abgeschlossen wird. Der Zementmörtel der Pfähle wird auch in die Ritzen des körnigen Materials unter dem Wandkörper gepresst, und so entsteht unter der Wand ein zusammenhängender Betonblock.
Die DE-PS Nr. 78529 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Bodenankers. In den Boden wird eine Bohrung geführt, darin ein Stahleinsatz gelegt und mit Zementmörtel umgossen.
Die FR-PS Nr. 992. 257 betrifft eine Ausführung, bei welcher eine sich unter dem Grundwasser befindende Bauwerk-Grundplatte durch Anker gegen das Aufschwimmen gesichert wird. Die Anker werden aus in die Bohrungen gefülltem Zementmörtel hergestellt, in den ein Stahleinsatz gebettet wird. Schiefe Anker mit entgegengesetzter Richtung werden angewendet.
In der FR-PS Nr. 968. 989 ist eine Böschungsdecke beschrieben, die aus sechseckigen vorgefertigten Eisenbetonelementen hergestellt und stellenweise durch-an sich bekannte-Bodenanker befestigt wird.
In der FR-PS Nr. 394. 547 ist ebenfalls eine Böschungsdecke beschrieben, deren einzelne vorgefertigte Elemente mit Stäbchen (c) in den Boden gebunden sind.
Die FR-PS Nr. 1. 063. 854 betrifft eine Lösung zum Bau von Meeresbauwerken, wobei Bodenplatten aus verankerten vorgefertigten Stahlbetonelementen hergestellt werden. Pfähle werden nicht erwähnt.
Das Ziel der Erfindung ist das Schaffen einer Konstruktion der eingangs genannten Art, mittels welcher bei losen, geringfesten Gesteinböden-z. B. Sand, Schlief, Schlammböden-Bauobjekte (Ingenieurbauten, Wohngebäude, Industriegebäude, öffentliche Gebäude usw. ), die gegen Senkungserscheinungen empfindlich sind, schneller und wirtschaftlicher fundamentiert werden können, als mit Anwendung der zu ähnlichen Zwecken bisher bekannten Lösungen.
Erfindungsgemäss ist eine Pfahlfundamentkonstruktion der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Pfahlgruppen vorgesehen sind, welche aus in Draufsicht in einer geschlossenen Kurve verteilten Mikro-Einzelpfählen bestehen, wobei in jeder Pfahlgruppe die Mikro-Einzelpfähle in der geschlossenen Kurve voneinander in einem Seitenabstand angeordnet sind, dessen Grösse etwa das 5- bis 7fache des Durchmessers der Mikro-Einzelpfähle beträgt, und die Mikro-Einzelpfähle in jeder Pfahlgruppe durch den aus Stahlbeton in Monolithbauweise hergestellten Verbindungskörper gruppenweise zu einer auch das durch die Mikro-Einzelpfähle eingeschlossene Erdreich an der gemeinsamen Lasttragung heranziehenden Konstruktionseinheit vereinigt sind.
Eine Einrichtung der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass das Raumgestell an einem Seil einer Arbeitsmaschine aufhängbar und um eine Längsachse verdrehbar ausgebildet ist, wobei an diesem Rammgestell eine Schlagvorrichtung mit auf- und abbewegbarem Rammklotz geführt ist, in welchem Rammklotz zwei im Abstand voneinander angeordnete Rohrfassungsnester zur Aufnahme eines Kopfteils von mehreren, vorteilhaft zwei, zum Eintreiben vorgesehenen Rohren ausgebildet sind, und dass eine Teilungs-Führungsplatte vorgesehen ist, in welcher zum Erfassen und Führen der einzutreibenden Rohre Öffnungen vorgesehen sind, die in gleichmässigem Abstand voneinander an einem Teilkreis angeordnet sind, dessen Halbmesser dem halben Abstand zwischen den im Rammklotz ausgesparten zwei Rohrfassungsnestern entspricht.
Ein Betonierungsbehälter der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäss
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dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter zwischen die Betonierungseinrichtung und das Rohr lösbar einsetzbar ist, und sein Rauminhalt mindestens gleich dem Volumen des zum Anfertigen eines einzigen Mikro-Einzelpfahls benötigten nachverfestigten Material ist.
Gemäss der Erfindung wird somit an Ort und Stelle aus mit relativ geringem Überdruck betonierten Mikropfählen je eine Pfahlgruppe der Fundamentkonstruktion hergestellt, die vom Gesichtspunkt der Lasttragung auch als ein einziger Pfahl mit einem grossen Durchmesser aufgefasst werden kann. Die über einen sehr geringen Durchmesser verfügenden Mikropfähle können jedoch einzeln einerseits mit geringem Energieaufwand und einer sehr schnellen, modernen Technologie hergestellt werden, anderseits ist ihre zu der in den Pfahl eingearbeiteten Materialmengeneinheit gehörende spezifische Oberfläche die möglichst grösste, und schliesslich ist die sich zwischen den am Rand der geschlossenen Kurve befindenden Mikropfählen vorhandene Bodenmenge in einem solchen Mass an der Lasttragung beteiligt,
dass die Lastfähigkeit der von je einer Pfahlgruppe gebildeten Pfahlgrundierungs-Konstruktionseinheit wesentlich den Wert überschreitet, der sich aus der Addierung der berechneten Lastfähigkeit der einzelnen Mikropfähle ergibt.
Vorteilhaft ist es, wenn die Mikro-Einzelpfähle abstandgleich verteilt sind, vorzugsweise in regelmässiger geometrischer Anordnung z. B. an einem Teilkreis in Kreisform angeordnet sind oder wenn der Mikro-Einzelpfahl, der vorzugweise ein einziger Stab aus Betonstahl ist, am Stiel des Verdrängungskopfes durch Schweissen befestigt ist und als Armierung noch vor dem Einrammen des Rohres eingebaut ist. Es ist auch möglich, dass auf mehrere Trägergruppen ein Träger bzw. ein Trägerrost oder ähnliche Bauelemente aufgesetzt sind, durch welche die Verbindungskörper der einzelnen Pfahlgruppen miteinander verbunden sind. Wenn der nachverfestigende Baustoff, vorzugsweise Betonbrei bei 3 bis 8 bar, vorteilhaft bei 4 bis 6 bar, Druck über das Rohr in den Erdboden gelangt, erhält man Pfähle von grösserer Tragfähigkeit mit weit geringeren Kosten.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass bei allen oder einem Teil der Mikro-Einzelpfähle einer Pfahlgruppe deren oberer Teil mit einem grösseren Durchmesser gefertigt ist, als der Durchmesser des unteren Pfahlabschnittes beträgt, wobei in den vorteilhaft durch Vibration verdichteten Pfahloberteil von grösserem Durchmesser zum Erhöhen der Widerstandskraft des Mikro-Einzelpfahles zweckmässig gegen Horizontalbelastungen eine Stahlarmierung eingebaut ist.
Zweckmässiger ist es, wenn die Mikro-Einzelpfähle aus Beton gefertigt sind, der als Grundstoff sandigen Kies von vorzugsweise 5 bis 20 mm max. Korngrösse, ferner als Zuschlag 400 bis 600 kg/m3 hochfestem Zement und gegebenenfalls ein konsistenzverbesserndes Mittel enthält. Vorteilhaft ist bei der erfindungsgemässen Einrichtung vorgesehen, dass ein Gelenk vorgesehen ist, welches einen Teil eines Aufhängekopfes bildet, welcher im wesentlichen aus einem U-förmigen Bügel besteht, der mit seinen Schenkeln an einem Ausleger, vorteilhaft an einer Welle einer zum Führen eines Seils dienenden Seilscheibe, befestigt ist, wobei ein Unterteil des Gelenkes an einer Querleiste und ein Oberteil des Gelenkes am Rammgestell befestigt ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Betonierungsbehälters ist dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter aus einem zylindrischen Oberteil und einem konischen Unterteil besteht, wobei der konische Unterteil mit einem Rohrstutzen versehen ist, der mit einem Innengewinde an das mit einem Aussengewinde versehene Rohrstück am Kopfstück vom Rohr verbindbar ist, und dass in einer Deckelplatte des Behälters eine ovale, nach unten sich erweiternde Öffnung vorgesehen ist, die mit einem, vorzugsweise von aussen mit einer Spannschiene abgestützten, Deckel verschliessbar ist.
Erfindungsgemäss bringt die Vereinigung einer entsprechenden Anzahl kleinkalibriger Pfähle zu einer Pfahlgruppe höchste Wirtschaftlichkeit, einen minimalen Materialaufwand und bei Betonierung bei niedrigem Druck den gewünschten Mantelreibungswert, der dann in erheblichem Masse an der Tragfähigkeit des Fundaments beteiligt ist. Dabei kann diese Arbeit nach den modernsten Gesichtspunkten organisiert, gut mechanisiert und im Vergleich zu andern im Tiefbau üblichen Geräten und Einrichtungen mit dem Einsatz wesentlich leichterer Maschinen ausgeführt werden.
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Zufolge der angewendeten Technologie wird der Baustoff der Pfähle kräftig in den umgebenden Erdboden eingepresst, was selbstredend die Mantelreibung günstig beeinflusst. Zugleich ist diese Technologie viel zeitgemässer und ökonomischer als das eingangs beschriebene Fertigungsverfahren der Mikropfähle, da das gesonderte Abbohren wegbleibt, mithin für das zusätzliche Abstützen der Bohrlochwände nicht gesorgt werden muss, und das Betonieren nach erfolgter Rammarbeit über das schon im Erdboden befindliche Rohr sofort durchgeführt werden kann.
Durch eine in den oberen verdickten Teil der abgestuften Pfähle eingebaute Stahlarmierung kann der Widerstand der Pfähle gegen Horizontalbeanspruchungen beträchtlich erhöht werden.
Eine Gummiringverbindung zwischen dem Verdrängungskopf und dem Rohr kann einerseits während des Einrammens mit Sicherheit das Eindringen von Grundwasser in das Rohrinnere verhindern, anderseits ist diese Verbindung leicht zu lösen und zu zerlegen, so dass beim Trennen des Rohres vom verbleibenden Verdrängungskopf kein Widerstand das Ziehen des Rohres behindert.
Im folgenden wird die Erfindung beispielsweise an Hand der Zeichnungen in ihren Einzelheiten erläutert. Es zeigen Fig. la bis 1d die Einzelheiten der Pfahlfundamentkonstruktion gemäss der Erfindung ; Fig. 2 das Detail "A" aus Fig. 1a in vergrössertem Massstab ; Fig. 3 einen Vertikalschnitt nach "C-C" in Fig. 4 als ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel einer mit dem Verfahren gemäss der Erfindung hergestellten Fundamentkonstruktion ; Fig. 4 einen Horizontalschnitt nach "B-B"in Fig. 3 ; Fig. 5 einen Vertikalschnitt einer weiteren Ausführungsvariante ; Fig. 6 den Horizontalschnitt nach"E-E"in Fig. 5 ;
Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel ; Horizontalschnitt direkt unter dem Verbindungskörper von rechteckigem Grundriss ; Fig. 8a ein Rohrrammgerät perspektivisch dargestellt ; Fig. Sb den Rammklotz und die Führungsplatte in grösserem Massstab perspektivisch dargestellt ; Fig. 9 das einkgekreiste Detail "Y" aus Fig. 8 in grösserem Massstab ; Fig. 10 die Gelenke aus Fig. 9 in vergrössertem Massstab, teils in Seitenansicht, teils im Vertikalschnitt ; Fig. 11a einen Betonierungsbehälter im Vertikalschnitt ; Fig. llb den Behälter aus Fig. 11a in Draufsicht ; Fig. 12 den Rohrkopf in Seitenansicht ;
Fig. 13 einen abgestuften Pfahl mit verdicktem Oberteil im Vertikalschnitt ; und Fig. 14 ein Rohr zum Herstellen von Pfählen nach Fig. 13 ; teils in Seitenansicht, teils im Schnitt dargestellt.
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und eines daran angeschlossenen, aus Metall oder sonstigem, entsprechend starkem Werkstoff gefertigten dickwandigen Rohres --2-- in den Erdboden. Das Einrammen des Rohres --2-- kann mit einem an sich bekannten Schlagwerk (z. B. mit der Pressluft-Ramme ; Bauart Atlas Copco) und einem entsprechenden Rammgestell erfolgen, doch kann hiezu auch jede beliebige Schlagvorrichtung verwendet werden, mittels welcher dem Rohr --2-- und dem Verdrängungskopf --1-- ein entsprechend schnelles Vordringen gesichert werden kann.
Der Verdrängungskopf-l-ist mit einem aufwärtsragenden Zapfen bzw. Stiel --5-- versehen, an welchem eine in diesem Falle aus einem einzigen Stahlstab --3-- bestehende Armierung, vorzugsweise durch Schweissung, befestigt ist. Hiemit erreicht man, dass sich die Armierung während des Betonierens nicht aus der im Plan vorgeschriebenen Stellung verschiebt.
Der Stiel --5-- wird seitlich von einem Gummiring --4-- umfasst, der sich an die Innenwand des Rohres --2-- anpresst und dadurch das Eindringen von Grundwasser in den Innenraum --13-- des Rohres --2-- verhindert. Bemerkt sei, dass der Verdrängungskopf --1--, das Rohr --2-- sowie das Einsatzstück --3-- aus Betonstahl als eine Einheit in das Rammgestell eingesetzt, und natürlich auch gemeinsam eingerammt wird.
Fig. 1b zeigt die Phase der Pfahlanfertigung, in welcher der Verdrängungskopf-l- die geplante Gründungstiefe bereits erreicht hat. Hienach wird mit Hilfe eines Schnellverbinders --14-- ein Schlauch --7-- am Rohr --2-- angeschlossen und mit einem als ganzes mit - bezeichneten, an sich bekannten Betonierungsgerät - dessen Hauptteile ein Motor --9a--, eine Pumpe --9b--, eine Wellenkupplung --10-- und ein Behälter --11-- sind - durch Betonieren die Herstellung des Pfahls --15-- begonnen. Hiezu wird eine z.
B. aus Beton bestehende nachverfestigende Materie --6-- verwendet, die über den Schlauch --7-- und das Rohr --2-- bei allmählichem Zurückziehen des letzteren, in den über dem Verdrängungskopf-l-zustandegekom- menen Hohlraum --13a-- eingepresst wird.
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Aus Fig. la und 1b ist zu ersehen, dass der Hohlraum --13a-- einen etwas grösseren Durchmesser als der Innenraum --13-- des Rohres --2-- hat, da auch der Durchmesser des Verdrän- gungskopfes --1-- grösser als der des Rohres --2-- ist.
In Fig. lc ist eine zwischenliegende Arbeitsphase zu sehen, während Fig. ld einen fertiggestellten Pfahl --15-- darstellt. Zur Durchführung der oben beschriebenen Vorgangsweise ist ausser den schon erwähnten Hilfseinrichtungen selbstredend auch eine entsprechende bekannte Ziehvorrich-
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als konsistenzverbessernder Zuschlag"Graupenzement"beigemischt wird. Das Einpressen des Zementbreis erfolgt mit einer Hochdruckmörtelpumpe bei 5 bis 7 bar Druck.
Aus dem Detail in Fig. 2 ist zu ersehen, dass der Gummiring --4-- in eine Nut --12-eingepasst ist, welch letztere an der Mantelfläche des Stiels --5-- am Verdrängungskopf --I-- vorgesehen ist. Der Durchmesser des Gummiringes --4-- wurde so gewählt, dass er sich an die Innenwand des Rohres --2-- anpresst und dadurch das Eindringen von Grundwasser in das Rohr --2-- während des Einrammens verhindert, hingegen das Ziehen des Rohres --2-- nicht erschwert, da die Verbindung zwischen dem Rohr --2-- und dem Verdrängungskopf --1-- leicht zu lösen ist.
Aus Fig. 2 ist ferner gut zu erkennen, dass der Durchmesser "D" des Verdrängungskop- fes --1-- grösser als der Aussendurchmesser "d" des Rohres --2-- ist, woraus sich beim Ziehen des Rohres --2-- zwischen diesem und dem Erdboden nur eine minimale Reibung ergibt. Der Durchmesser der Pfähle beträgt im Durchschnitt 50 bis 150 mm, vorteilhaft 75 bis 125 mm.
Das Einbringen des Betons kann mit einer beliebigen Injektionseinrichtung von entsprechender Kapazität erfolgen, die einen Druck von 3 bis 8 bar zu entfalten vermag. Das Einspeisen des Betonbreis mit Druck ist auch deshalb vorteilhaft, da sich der Beton seitlich in das Erdreich einpresst und dadurch die Mantelreibung an der Berührungsfläche vorteilhaft erhöht.
In Fig. 3 bis 7 sind einige Ausführungsbeispiele der Fundamentierungskonstruktion dargestellt. Wie man sieht, sind die Mikro-Einzelpfähle --15-- immer zu Pfahlgruppen zusammengefasst.
Zu ihrer Vereinigung dienen in diesem Fall aus Stahlbeton in Monolith-Bauweise hergestellte Verbindungskörper --16--, deren Form sich je nach der Anordnungsart der Pfähle --15-- ändern kann. Die Stahlarmierung der Verbindungskörper --16-- ist in den Zeichnungen mit --17-bezeichnet.
Bei der Variante Fig. 3 und 4 sind auf einem Teilkreis von"r"Halbmesser sechs Stück Pfähle --15-- in gleichmässiger Verteilung angeordnet, wobei diese Pfähle im wesentlichen vertikal sind. Im Ausführungsbeispiel Fig. 5 und 6 sind am gleichen Teilkreis von Halbmesser"r"acht Stück Pfähle --15-- in gleichmässiger Verteilung so eingebaut, dass sie sich-wie aus Fig. 5 gut zu ersehen-mit den unteren Enden nach aussen etwas verspreizen. Solche Gründungskonstruktionen eignen sich vorzüglich zur Lösung von Verankerungsaufgaben, da die schrägstehenden Pfähle gegen vertikale Hochziehkräfte einen grösseren Widerstand als die senkrechten Pfähle zu leisten vermögen. Der Widerstand des Fundaments gegen herausziehende Beanspruchungen nimmt also zu und das Fundament kann seine Verankerungsfunktion besser versehen.
Eine aus schrägen Pfählen bestehende Pfahlgruppe ist auch dann von Vorteil, wenn die Resultierende der Nutzlast von der Vertikalen abweicht. Der Seitenabstand zwischen den vertikalen Pfählen wird zweckmässig mit etwa 50 cm gewählt.
In Fig. 3 und 5 ist mit --18-- ein Trägerrost oder ein ähnlicher Bauteil bezeichnet, auf den dann der Aufbau, d. h. das hochgehende Mauerwerk, aufgesetzt wird.
In Fig. 7 ist ein solches Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem die Pfähle --15-- am Umfang eines rechtwinkeligen Vierecks gleichmässig (in gleichem Abstand) verteilt angeordnet sind und dementsprechend ihr Verbindungskörper --16-- ein Prisma ist, während dieser in Fig. 3 und 5 die Form eines stehenden Zylinders hat.
In der Praxis schwankt der Durchmesser des Hohlraumes --13a-- - der dem Durchmesser des Verdrängungskopfes --1--, mithin ungefähr dem Durchmesser des Pfahls --15--, entspricht zwischen 75 und 125 mm. Eine Pfahlgruppe wird vorteilhaft mit sechs oder acht Pfählen --15-- ausgestaltet, welche z. B. an den Eckpunkten von regelmässigen Sechs- oder Achtecken oder nach
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einem quadratischen Raster verteilt werden können. Der Durchmesser des Verbindungskör- pers --16-- beträgt 1, 0 bis 2, 0 m, während seine Höhe vorzugsweise 1, 0 betragen kann. Der Seitenabstand der Pfähle wird auch in diesem Fall mit etwa 50 cm gewählt.
In Fig. 8a ist als Ausführungsbeispiel ein Rammgerät perspektivisch dargestellt, mit dessen Hilfe zwei Rohre --2-- zugleich eingerammt werden können, über die dann das Betonieren der Pfähle --15-- erfolgt. Das Rammgerät hat ein Rammgestell --20--, welches aus zwei zueinander parallelen U-Profileisen --21-- und diese fixierenden Querversteifungen --22-- besteht, unten aber mit einer auf dem Boden aufliegenden Fussplatte --48-- versehen ist. Das Rammgestell - kann an einem Ausleger --24-- einer auf Gummirädern oder Raupen fahrenden Arbeitsmaschine --23-- mit Hilfe des als ganzes mit --25-- bezeichneten, am Gestellende befestigten Aufhängekopf angebracht werden.
Demzufolge wird das Rammgestell --20-- um seine eigene Längs- achse "k 1" verdrehbar. Zu diesem Zweck ist der Aufhängekopf --25-- mit einem Gelenk --26-- (Fig. 9) versehen, das in grösserem Massstab in Fig. 10 zu sehen ist. Das Gelenk --26-- besteht aus zwei getrennten Teilen, einem Oberteil --27-- und einem Unterteil --28--. Jeder der Gelenkteile --27, 28-- wird von je einem halbkugelförmigen Gelenkskörper --27a, 28a-- und den aus diesen nach oben bzw. nach unten herausragenden zylindrischen Zapfen --27b bzw. 28b-- gebildet.
Die Gelenkskörper --27a, 28a-- sind mit ihren ebenen Stirnflächen --29, 30-- einander zugekehrt, bilden also zusammen etwa einen kugelförmigen Körper, der in einem entsprechend kugelförmig gestalteten Hohlraum --31-- des Gehäuses --32-- untergebracht ist, das Gehäuse aber die Gelenkteile-27 und 28-- zusammenfasst.
Der obere Zapfen --27b-- ist an einem unteren Teil einer quergerichteten Leiste --34-eines Bügels --33-- starr befestigt, wobei Bügelschenkel --34a-- an einer Welle --36-- einer Seilführungsscheibe --35-- am Ausleger --24-- aufgehängt sind.
Der untere Zapfen --28b-- ist gleichfalls starr an einer obersten Querversteifungsplatte --22-- des Rammgestells --20-- befestigt (Fig.9). Dieses Gelenk ist robust gebaut und dennoch hinsichtlich der Konstruktion einfach ; ermöglicht aber vor allem das relativ leichte Verdrehen des Rammgestells --20--.
Am Seil --37-- der Arbeitsmaschine --23-- (Fig.8a) ist - durch das Gestell --20-- geführt - die Rammvorrichtung --38-- aufgehängt, welche an sich bekannt z. B. ein mit Pressluft betriebenes Atlas-Copco-Rammgerät sein kann. Dieses wird vom Kompressor --39-- über das Rohr --40-- mit Pressluft versorgt. An der Rammvorrichtung --38-- schliesst der Rammklotz --41-- an, dessen Einzelheiten näher in Fig. 8b dargestellt sind.
In dem Rammklotz --41-- sind im vorliegenden Falle zwei nach oben verjüngte, voneinander (an ihrer Mittelachse gemessen) im Abstand"R"zwei konische Rohrfassungsnester bzw. Lagerungen --42-- vorgesehen, in welche sich je ein Kopfteil --2a-- der gleichfalls nach oben verjüngten Rohre --2-- einpasst. Zu folge dieser Lösung fügen sich die Rohrköpfe --2a-- beim Einrammen mit Sicherheit den Rohrerfassungsnestern --42-- ein, während nach Beendigung des Rammvorganges der Rammklotz --41-- von den Rohren --2-- leicht abgehoben werden kann.
Zur Festlegung der Einsetzpunkte für die Rohre --2-- dient innerhalb des als ganzes mit --43-- bezeichneten Sohlenstückes eine daran befestigte Teilungs-Führungsplatte --44--, in welcher im vorliegenden Falle sechs am Teilkreis"K"verteilte kreisförmige Öffnungen --45-- vorgesehen sind. Der Halbmesser des Teilkreises"K"entspricht genau dem halben Abstand"R" zwischen den im Rammklotz --41-- ausgesparten Rohrfassungsnestern --42--. Die Teilungs-Führungs- platte-44-- ist mit Speichen --46-- an einem mit dieser in einer Ebene liegenden Haltering - von grösserem Durchmesser befestigt.
In Fig. 8a sind auch die Konstruktionsdetails des Rammgestells --20-- und der Fussplatte --48-- gut zu sehen, wobei das untere Ende der U-Profile --21-- nach aussen umgebogen und an diesem die Fussplatte --48-- z. B. durch Schweissen befestigt ist, während die Enden der Fussplatte --48-- durch schräge Versteifungsstangen --49-mit den vertikalen U-Profilen --21-- verbunden sind.
Aus der Fussplatte --48-- erstrecken sich zur Teilungs-Führungsplatte --44-- hin zwei Stäube-67--, in deren Treffpunkt ein Zapfen --65-- befestigt ist, dessen abwärtsgerichteter Teil in eine der Bohrungen --66-- am Teilkreis"K"eingreift, so dass auf diese Weise das Gestell --20-- und das Sohlenstück --43-- als eine Einheit bewegt werden können. Aus der Teilungs-Führungsplatte --44-- ragen
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Klauen --50-- nach unten und sichern damit eine gute Verbindung zwischen dieser und dem Erdboden.
Die Arbeitsweise der in Fig. 8a bis 10 dargestellten Vorrichtung ist folgende :
Das Rammgestell --20--, an dem auch das Sohlenstück --43-- befestigt ist, wird an den Platz gebracht, wo die erfindungsgemässe Pfahlfundamentkonstruktion hergestellt werden soll.
In zwei gegenüberliegenden Öffnungen --45-- der Teilungs-Führungsplatte --44-- wird je ein Rohr --2-- eingesetzt, und um dieses die mit ihren abwärtsragenden (in Fig. 8b nicht dargestellten) ringartigen Flanschen in die Öffnungen --45-- eingreifenden, aus zwei Teilen bestehenden Führungsscheiben --51-- eingesetzt, wodurch die Stellung der Rohre --2-- in den Öffnungen - gesichert wird. Die vertikalen Längsachsen der Rammvorrichtung und des Rammklotzes "k2" verlaufen durch den Mittelpunkt der Teilungs-Führungsplatte --44--. Dann werden die konischen Kopfteile --2a-- der Rohre --2-- in den Rammklotz--41--eingeführt, und das Rammen mit der Rammvorrichtung --38-- kann beginnen.
Ist der Rammvorgang beendet, so wird der Rammklotz --41-- von den Rohrenden --2a-- abgehoben, das Rammgestell --20-- wird um seine Längsachse "K" verdreht, zwei weitere Rohre --2-- werden in zwei gegenüberliegenden Öffnungen --45-- eingsetzt und dann die vorherige Operation wiederholt. Auf diese Weise werden sechs Rohre --2-- in den Erdboden gerammt und während ihrem Zurückziehen wurden durch Betonierung die Pfähle --15-- - wie schon beschrieben-hergestellt.
Zweckmässige Betonierungsbehälter - sogenannte Betonierbirnen - zeigen Fig. lla und 11b.
Diese sind im Wesen birnenförmige Behälter --52--, die aus einem abwärts sich verjüngenden konischen Unterteil --52a-- und einem zylindrischen Oberteil --52b-- bestehen. Der Betonierungsbehälter kann mit dem Innengewinde seines Rohrstutzens --53-- an dem mit Aussengewinde versehenen Ende eines Rohres --2-- angeschlossen werden (Fig. 12).
Der Behälter --52-- hat im vorliegenden Falle ein Volumen, das dem Materialbedarf für die Herstellung eines einzigen Pfahls-15-- entspricht. In einer oberen Deckelplatte --54-des Behälters --52-- ist eine ovale Öffnung --55-- vorgesehen, die sich nach dem Inneren des Behälters --52-- hin erweitert. Die vorteilhaft ellipsenförmig ausgeführte Öffnung --55-- kann durch einen Deckel --55a-- von innen geschlossen werden, wozu dieser mit einem herausragen-
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werden. Die Spannschiene --58-- gewährt auch eine zusätzliche Sicherheit gegen den aus dem Behälterinneren auf die Deckelplatte --55-- wirkenden starken Druck.
Als Ergebnis des Einsatzes eines Betonierungsbehälters nach Fig. 11a und 11b bleibt nach Beendigung des Betonierens das Rohr --2-- immer leer und kann deswegen ohne zusätzliches Entleeren fortlaufend wiederbenutzt werden.
Fig. 12 zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel für den Rohrkopf --2a--, bei dem der Rohrkopf --2-- mit einer Schweissnaht Rohr --2-- anschliesst, über einem verdickten konischen Teil --62-- aber ein mit Gewinde versehenes Rohrstück --63-- folgt, an dem auf einfache Weise der Behälter --52-- (Fig.11a und llb) angeschlossen werden kann. Der Neigungswin-
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wie diese einen drinnen verbleibenden Verdrängungskopf --1-- und ein Einsatzstück --3--.
In Fig. 14 ist jenes Rohr --2-- zu sehen, mittels welchem ein abgestufter Pfahl --15-nach Fig. 13 hergestellt werden kann. Dieses Rohr unterscheidet sich von den früher beschriebenen nur darin, dass es im Abstand"H"vom oberen Rohrende eine Verdickung hat, welche im vorliegenden Falle von einem zylindrischen Körper --65-- gebildet wird.
Letzerer ist aus Stahlblech gefertigt und geht nach oben wie unten mit je einem konischen Mantelstück --64-- in den Durchmesser von Rohr --2-- über, wobei die Übergangsstücke am Aussenmantel von Rohr --2-- angeschweisst sind. Über dem "kalibererweiternden" Körper --65-- entsteht beim Einrammen von Rohr-2-
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ein Hohlraum von entsprechend grösserem Durchmesser, in welchem dann der gewünschte obere Pfahlabschnitt mit Durchmesser "d 1" durch Betonieren zustandekommt, wobei "d 2" kleiner als "d." ist. Dank der Stahlarmierung --3a-- und der Vibration des eingebrachten Betons wird die Widerstandsfähigkeit der oberen Pfahlabschnitte gegen Horizontalbeanspruchungen in hohem Masse erhöht.
Aus den kleinkalibrigen Pfählen können in erster Linie Fundamentkonstruktionen hergestellt werden, doch können sie auch zur Lösung folgender Bauaufgaben mit Vorteil verwendet werden ; zur Umgrenzung von Baugruben mit senkrechten Erdwänden, zur Stabilisierung von freistehenden Erdwänden bei Baugruben von grösserer Tiefe, zur Verhütung von Gebäudeschäden bei der Herstellung von grossen Unterflur-Bauobjekten (z. B. Tunnels, Unterflur-Bahnen, Metro) bzw. zur Abschwächung der Bodensenkungen auf einen Mindestbetrag, ferner zur Verstärkung von Fundamenten oder bei Baulücken-Bauten usw.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Pfahlfundamentkonstruktion aus mehreren, durch Rammen eines mit einem Verdrängungskopf versehenen Rohres in den Erdboden, und danach durch Ausfüllen eines beim Herausziehen des Rohres verbleibenden Hohlraumes über das Rohr mit einem nachverfestigenden Material gebildeten Einzelpfählen, deren obere Enden mit einem Verbindungskörper verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Pfahlgruppen vorgesehen sind, welche aus in Draufsicht in einer geschlossenen Kurve verteilten Mikro-Einzelpfählen (15) bestehen, wobei in jeder Pfahlgruppe die Mikro-Einzelpfähle (15) in der geschlossenen Kurve voneinander in einem Seitenabstand angeordnet sind, dessen Grösse etwa das 5- bis 7fache des Durchmessers der Mikro-Einzelpfähle beträgt, und die Mikro-Einzelpfähle (15)
in jeder Pfahlgruppe durch den aus Stahlbeton in Monolithbauweise hergestellten Verbindungskörper (16) gruppenweise zu einer auch das durch die Mikro-Einzelpfähle (15) eingeschlossene Erdreich an der gemeinsamen Lasttragung heranziehenden Konstruktionseinheit vereinigt sind.