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Bezeichnung: Verfahren zur Herstellung von Bohrpfählen
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mit verbesserter Tragfähigkeit Beschreibung: Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung von Bohrpfählen mit verbesserter Tragfähigkeit, bei
dem zunächst zur Erzeugung einer Ausnehmung in das Erdreich ein Rohr bis in den
Bereich des tragfähigen Baugrundes eingetrieben wird, dann die Bewehrung in die
vom Rohr freigehaltene Ausnehmung eingebracht und schließlich der Beton eingefüllt
und das Rohr gezogen wird.
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Bei Pfahlgründungen, bei denen das zur Erzeugung der Ausnehmung im
Erdreich erforderliche Mantelrohr mit einer Spitze versehen war und als geschlossener
Verdrängungskörper in den Boden durch Rammen oder Pressen eingetrieben wird, ergibt
sich durch den auf das Erdreich im Spit zenbereich ausgeübten Druck eine Verdichtung
des Baugrundes, die für die Tragfähigkeit des Einzelpiahles mit entscheidend ist.
Das Niederbringen des Mantelrohres durch Rammen fühlt jedoch zu einer erheblichen
Lärmbelästigung der Baustellenumgebung. Da beim Einrammen des Mantelrohres
außer
der Lärmbelästigung auch erhebliche Erschütterungen im Erdreich erzeugt werden,
ergibt sich hieraus für Pfahlgründungen in unmittelbarer Nachbarschaft von bereits
bestehenden Bauwerken eine erhebliche Gefährdung dieser Bauwerke durch die von der
Rammstelle ausgehenden Bodenerschütterungen. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist
man in neuerer Zeit dazu übergegangen, das Mantelrohr als Verdrängungsbohrer auszubilden,
d.h. auf seiner Außenseite Schneidhilfen, vorzugsweise in Form von schraubenlinienförmig
verlaufenden Schneidstegen vorzusehen, wobei das in das Erdreich eindringende Rohrende
mit einer'Spitze verschlossen ist, die ggf. mit zusätzlichen Schneidhilfen versehen
sein kann. Dieser, "Verdrängungsbohrer" wird in den Boden so weit eingeschraubt,
bis die Spitze des Rohres den tragfähigen Baugrund erreicht . Anschließend wird
dann die Bewehrung eingesetzt und das Mantelrohr mit Beton gefüllt und während des
Füllens mit Beton noch gezogen. Durch die Schneidhilfen wird beim Ziehen das lose
Erdreich mit nach oben ausgezogen, so daß die mit Beton auszufüllende Ausnehmung
letztlich dem Spitzendurchmesser des Verdrängungsbohrers entspricht. Der besondere
Vorteil dieser Verfahrensweise besteht darin, daß die Gründungsarbeiten erschütterungsfrei
und geräuscharm ablaufen, wobei auch die Möglichkeit gegeben ist, in stark wechselnden
Bodenschichten anpassungsfähige Pfahllängen einzubringen. Die Bodenverdrängung bei
der Herstellung der Ausnehmung bewirkt hierbei ein günstiges Tragverhalten des Pfahles.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das vorstehend geschilderte
Verfahren zur Herstellung von Bohrpfählen dahingehend zu verbessern, daß die Tragfähigkeit
der erstellten Bohrpfähle erhöht wird.
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Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst,
daß nach dem Eintreiben des Rohres auf die vorgesehene Teufe wenigstens einmal eine
vorgegebene Menge
eines stückigen Materials, beispielsweise Kies
oder dgl.
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in das Rohr eingefüllt und unter Verdichtung aus dem unteren Ende
des Rohres in das Erdreich ausgetrieben wird.
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Hierdurch wird nicht nur der Baugrund unmittelbar unterhalb der lösbar
mit dem Rohr verbundenen Spitze verdichtet.
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Da das eingefüllte stückige Material unter der Verdichtungskraft nicht
nur in vertikaler. Richtung in den Baugrund ausgepreßt wird, sondern auch nach dem
Austritt aus dem Rohr in radialer Richtung in den Baugrund gepreßt wird, ergibt
sich auch eine entsprechende Verdichtung in radialer Richtung. Das in den Baugrund
aus dem Rohr unter Kraft ausgetriebene stückige Material führt somit zu einer Verbreiterung
des Fußes des zu erstellenden Bohrpfahles und damit zu einer wesentlichen Erhöhung
der Tragfähigkeit im Vergleich zu Bohrpfählen, deren Ausnehmung nur gebohrt ist.
Als Füllmaterial kann neben Kies auch trockener Beton eingefüllt werden. Da die
jeweilige Füllung mit stückigem Material unter dem Einfluß der Verbichtungskraft
noch innerhalb des Rohres vorverdichtet wird, ergibt sich beim Austreten aus der
unteren Rohröffnung in das umgebende Erdreich eine gute Weiterleitung der Verdichtungskraft
über den noch im Rohr befindlichen Teil der Füllung auf das umgebende Erdreich und
zwar nicht nur in axialer Richtung, sondern auch in radialer Richtung.
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In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist hierbei vorgesehen,
daß das stückige Material in mehreren Chargen eingefüllt und daß die Füllung jeweils
zwischen den einzelnen Chargen verdichtet wird. Bei entsprechender Bemessung der
Füllmenge der einzelnen Chargen wird sichergestellt, daß der noch innerhalb des
Rohres verbleibende Teil der Füllung hinsichtlich seiner Füllhöhe so gering gehalten
werden kann, daß sich beim Aufbringen der Verdichtungskraft die eingeleitete Verdichtungskraft
über die noch im Rohr befindliche Füllung auf den bereits ausgetriebenen Teil der
Füllung einwandfrei überträgt, wobei
entsprechend der jeweils noch
verbleibenden Verdichtbarkeit des umgebenden Baugrundes der im Rohr befindliche
Teil der Füllung nachrutschen kann. Die Füllmenge muß hierbei empirisch auf die
Verdichtbarkeit des jeweiligen Baugrundes abgestimmt werden. Ist die Füllmenge der
einzelnen Chargen zu hoch, so kann der noch im Rohr verbliebene Teil der Füllung
so stark verdichtet werden, daß er sich als Pfropfen im Rohr 'taufhängt" und die
Verdichtungskraft nicht mehr über den ausgetretenen Teil der Füllung in den Baugrund
weiterleitet, obwohl dieser noch verdichtbar wäre. -« Erfindungsgemäß wird dieser
Vorgang solange wiederholt, bis das umgebende Erdreich unter dem Einfluß der angewandten
Verdichtungskraft praktisch nicht mehr verdichtbar ist. Dies kann dadurch festgestellt
werden, daß der im Rohr befindliche Teil der Füllung nicht mehr absinkt, vorausgesetzt,
daß sich nicht im Einzelfall aufgrund einer zu groß bemessenen Charge der im Rohrende
verbleibende Teil der Füllung sich "aufhängt".
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die
Verdichtung durch ein im Rohr geführtes Fallgewicht bewirkt wird. Die Verdichtung
durch ein Fallgewicht hat den Vorteil, daß die Verdichtungskraft definierbar und
durch Veränderung der Fallhöhe veränderbar ist, so daß nicht nur eine Anpassung
der Verdichtungskraft an den jeweiligen Verfahrensschritt möglich ist, sondern gegen
Endes dieses Verfahrensschrittes auch eine zusätzliche Aussage über die erzielte
Verdichtung des Baugrundes gemacht werden kann.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Rohr
unter Abdichtung gegen Eindringen von Grundwasser ins Erdreich eingetrieben wird.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß bei Verwendung einer Füllung aus stückigem
Material auf der Basis von Kies und/oder einer trockenen
Betonmischung
zunächst innerhalb des Rohres die erste eingefüllte Charge vorverdichtet werden
kann und daß dann beim Einbringen der weiteren Charge und beim Auspressen des vorverdichteten
Teiles in das umgebende Erdreich das Eindringen von Grundwasser in das Mantelrohr
weitgehend unterbunden wird und somit die Weiterleitung der Verdichtungskraft über
das aus dem Rohrende heraustretende Material gewährleistet ist. Würde beispielsweise
bei der Verwendung eines Fallgewichtes zur Verdichtung das Grundwasser in das Rohr
eintreten, würde ein erheblicher Teil der über das Fallgewicht zur Verfügung stehenden
Verdichtungsarbeit durch die Verdrängung des Wasservolumens im Rohr aufgezehrt.
Ferner würde die gewünschte Verringerung des Porenvolumens im Fußbereich, die auch
für die über das Rohr in das Erdreich eingebrachte Füllung aus stückigem Material
gilt, nicht in dem gewünschten Maß erzielt werden können.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist hierbei vorgesehen,
daß eine zur Abdichtung des unteren Rohrendes verwendete, an sich bekannte Fußplatte
durch die vorverdichtete Füllung durch weiteres Verdichten vom Rohr gelöst und in
das Erdreich eingepreßt wird.
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Zur Erzeugung der Ausnehmung im Erdreich ist in Ausgestaltung des
Verfahrens ein an sich bekannter, rotierend angetriebener rohrförmiger Verdrängungskörper
vorgesehenw der auf seiner Außenseite Schneidhilfen, vorzugsweise in Form von schraubenlinienförmigen
Schneidstegen aufweist und dessen unteres Ende mit einer lösbaren Fußplatte wasserdicht
abgeschlossen ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird in seinen einzelnen Schritten
anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigt:
Schritt 1 das auf die vorgesehene Tiefe
eingebrachte Verdrängungsbohrrohr, Schritt 2 Verdichtung einer ersten Charge von
stückigem Füllmaterial, Schritt 3 den Fußbereich des Baugrundes mit ausgedrückter
erster Charge, Schritt 4 Verdichtung einer weiteren Charge, Schritt 5 den Fußbereich
des Baugrundes bei ausgedrückter zweiter Charge, Schritt 6 den Bohrpfahl mit Bewehrung
kurz vor dem Ende des Ziehens des Bohrrohres.
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Wie in Schritt 1 dargestellt, wird zur Erzeugung einer Ausnehmung
im Erdreich ein Bohrrohr 1, das auf der Außenseite mit schraubenlinienförmig versehenen
Schneidstegen 2 versehen ist, unter Drehung in Richtung des Pfeiles 3 in den Boden
"eingeschraubt", wobei durch eine Fußplatte 4 für eine entsprechende Verdrängung
des Erdreiches gesorgt wird. Die Fußplatte 4 ist wasserdicht aber lösbar mit dem
Bohrrohr 1 verbunden. Das Bohrrohr 1 wird so weit in das Erdreich eingebracht, bis
tragfähiger Baugrund erreicht ist.
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Wie aus der Schnittdarstellung des Schrittes 2 ersichtlich, wird nunmehr
in das Bohrrohr 1 eine erste Charge von stückigem Material 5, beispielsweise Kies
und/oder trockener Beton eingefüllt. Diese Füllung 5 wird nunmehr verdichtet, beispielsweise
durch ein kolbenförmiges Fallgewicht 6, das aus einer vorgegebenen Fallhöhe w auf
die Füllung 5 einwirkt. Nach einer entsprechenden Vorverdichtung wird die Verdichtungskraft
so gesteigert, daß, wie in der Darstellung des Schrittes 3 ersichtlich, die Füllung
5 als fester Stopfen die Fußplatte 4 in den Baugrund aus-
treibt
und diesen sowohl in axialer Richtung nach unten als auch in radialer Richtung zu
den Seiten hin entsprechend der aufgebrachten Verdichtungskraft verdichtet. Das
Austreiben der ersten Füllung 5 wird hierbei so vorgenommen, daß noch ein Restteil
im Rohrende verbleibt und den Innenraum des Rohres gegen Eindringen von Grundwasser
abschließt. Nach dem Ziehen des Fallgewichtes 6, wie in Schritt 3 dargestellt, werden
entsprechend Schritt 4 weitere Chargen 7 des Füllmaterials in das Bohrrohr 1 eingebracht
und jeweils durch das Fallgewicht unter gleichzeitiger Verdichtung in den Baugrund
ausgetrieben, so daß sich entsprechend dem ausgetriebenen Volumen an Füllmaterial
im Fußbereich des Bohrrohres 1 eine kolbenförmige Verdichtungszone 8 ergibt, die
in ihrem Inneren durch das eingebrachte verdichtete Füllmaterial und in ihrem Randbereich
durch entsprechend verdichteten Baugrund gebildet wird.
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Im Schritt 5 ist der Zustand dargestellt, wenn der tracfähige Baugrund
entsprechend der Belastungsvorqabe verdichtet ist. In diesem Verfahrenszustand wird
in das Rohrinnere eine Bewehrung 9 eingebracht, wie aus Schritt 6 ersichtlich, und
anschließend in das Rohrinnere Beton eingepumpt. Sobald das Rohr weitgehend mit
Beton gefüllt ist, wird dieses ohne Drehung nach oben gezogen, so daß der durch
die Schneidstege 2 aufgelockerte Boden nach oben herausgezogen wird, während am
unteren Ende der in das Rohr. eingefüllte Beton in den dann entstehenden Hohlraum
einfliessen kann und diesen vollständig ausfüllt. Entsprechend der beim Ziehen auftretenden
Volumenzunahme der Ausnehmung wird noch beim Ziehen von oben Beton in das Rohr eingefüllt,
bis das Bohrrohr 1 vollständig gezogen und die Ausnehmung vollständig mit Beton
ausgefüllt ist.
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Mit Hilfe des vorbeschriebenen Verfahrens lassen sich Verdrängungsbohrpfähle
mit verbesserter Tragfähigkeit mit Durchmessern von 20 cm und mehr erstellen.
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Statt eines Fallgewichtes, wie für das Ausführungsbeispiel beschrieben,
kann auch eine in das Rohr eingeführte Preßvorrichtung zur Erzeugung der Verdichtungskraft
eingesetzt werden.
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Das Bohrrohr 1 kann bei geeignetem Aufbau des Erdreichs auch außen
glatt ausgebildet sein, d.h. ohne Schneidstege.
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Auch ein derart glattes Rohr wird dann unter Druck und gleichzeitiger
Drehung in das Erdreich als Verdrängungskörper eingebracht, so daß anschließend
der tragfähige Baugrund erfindungsgemäß verdichtet werden kann