DE3617025A1 - Vorgefertigter betonpfahl sowie verfahren und vorrichtung zu seinem einbringen ins erdreich - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen vorgefertigten Betonpfahl sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zu seinem Ein­ bringen ins Erdreich.

Für Pfahlgründungen bestehen derzeit zwei Alternativen: Entweder wird am gewünschten Ort im Erdreich ein Loch gebohrt, welches mit Ortbeton ausgefüllt wird, oder es wird ein vorgefertigter Betonpfahl unter Verwendung einer Ramme in das Erdreich getrieben. Die erste Alternative ist zeitraubend, die zweite Alternative ist mit hoher Geräuschbelästigung verbunden.

Durch die vorliegende Erfindung soll das Problem gelöst werden, rasch und unter geringer Geräuschbelästigung einen vorgefertigten Betonpfahl ins Erdreich einzubringen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch einen vor­ gefertigten Betonpfahl gemäß Anspruch 1, durch ein Ver­ fahren zu seinem Einbringen ins Erdreich gemäß Anspruch 17 sowie durch eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens gemäß Anspruch 25.

Durch die vorliegende Erfindung wird vorgeschlagen, einen vorgefertigten Betonpfahl ähnlich wie eine selbstschneidende Schraube in das Erdreich hineinzuschrauben. Die hierfür not­ wendigen Kräfte werden zum einen durch ständiges Ausüben eines axialen Druckes auf den Betonpfahl, was keinerlei Geräusche erzeugt, zum Teil durch Drehen des Betonpfahles erzeugt, was mit nur geringer Geräuschbelästigung verbun­ den ist. Anders gesagt: Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die zum Hineindrücken des Pfahles in das Erdreich not­ wendige Kraft großenteils aus einer Drehbewegung abgeleitet, wobei die Umsetzung in eine axiale Kraft durch die wendel­ förmige Rippenanordnung erfolgt. Das Drehen des Pfahles um seine Längsachse hat darüber hinaus die Wirkung, daß nur die kleinere Gleitreibung überwunden werden muß. Beim Ein­ rammen von Pfählen muß dagegen bei jedem Schlag die hohe Haftreibung zwischen der Außenfläche des Pfahles und dem Erdreich aufgebrochen werden. Diese Haftreibung ist des­ halb sehr groß, weil derjenige Teil des Erdreiches, in welchen der Pfahl vordringt, in seitlicher Richtung ver­ drängt werden muß, so daß in unmittelbarer Nachbarschaft des Pfahles das Erdreich stark komprimiert ist und unter hoher Spannung steht. Soweit das Umsetzen der Antriebs- Drehbewegung in eine axiale Vorschubbewegung durch die wendelförmige Rippenanordnung nicht erbracht werden kann (Beginn des Einbringens, wenn der Pfahl zunächst nur ge­ ringfügig ins Erdreich eingreift; loses oder sehr weiches Erdreich), kann die benötigte axiale Vorschubkraft direkt von einem auf das obere Ende des Betonpfahles arbeitenden Linearantrieb bereitgestellt werden, zum Beispiel einem Hydraulikzylinder.

Die erfindungsgemäße Lösung ist bezüglich der Geräusch­ entwicklung somit derjenigen bekannten Alternative ver­ gleichbar, bei welcher ein Loch gebohrt und letzteres mit Ortbeton ausgegossen wird. Die erfindungsgemäße Lö­ sung läßt sich am Einsatzort jedoch viel schneller prak­ tizieren, insbesondere entfällt der maschinelle und zeit­ liche Aufwand, der zum Entfernen des Bohrkleins, des Bohrers bzw. der rohrförmigen Schalung für den Pfahl getrieben werden muß. Pfahlgründungen können somit in sehr rascher Zeit abgeschlossen werden, wobei die ins Erdreich einge­ brachten Pfähle sofort voll tragfähig sind. Bei Bauarbeiten, die in der Nähe von Gebäuden oder Straßen durchzuführen sind, ergibt sich so eine erhebliche Verkürzung der mit den Arbei­ ten einhergehenden Beeinträchtigungen.

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung können Pfähle auch stark zur Vertikalen geneigt gegründet werden.

Mit der zweiten bekannten Alternative, bei welcher vorge­ fertigte Betonpfähle ins Erdreich eingerammt werden, hat die erfindungsgemäße Lösung den Vorteil gemeinsam, daß die Qualität jedes einzelnen Betonpfahles bei der Vorfer­ tigung in einer Fabrik genauer gesteuert und überwacht werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in abhängi­ gen Ansprüchen angegeben.

Ein Betonpfahl, wie er im Anspruch 2 angegeben ist, schnei­ det sich besonders gut in den Untergrund.

Ein Betonpfahl gemäß Anspruch 3 eignet sich gut für nach­ giebigen Untergrund.

Ein Betonpfahl gemäß Anspruch 5 ist insbesondere für wenig nachgiebigen Untergrund geeignet, wobei gewährleistet ist, daß auch die beim oberen Ende des Pfahles liegenden Teile der Rippenanordnung zum Vorschieben des Pfahles und seiner Verankerung mit beitragen.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 6 ist im Hinblick auf ein leichteres Verdrängen von Erdreich aus der Bahn des Pfahles von Vorteil.

Mit einem Betonpfahl gemäß Anspruch 7 kann man in der letzten Phase des Einbringens des Pfahles in das Erdreich einen das untere Pfahlende umgebenden Freiraum schneiden, der dann mit Flüssigbeton unter Druck aufgefüllt wird, so daß am unteren Pfahlende eine den Pfahl besonders sicher verankernde Zwiebel erhalten wird. Siehe hierzu das im An­ spruch 19 angegebene Verfahren.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 8 wird erreicht, daß auf das obere Pfahlende ausgeübte große Drehmomente sicher im Pfahl nach unten weitergegeben wer­ den, da derartige Drehmomente dazu führen, daß sich der wendelförmige Armierungsteil zusammenzuziehen (im Sinne einer Spiralfeder "aufzuziehen") sucht, wodurch das von ihm eingeschlossene Betonvolumen auf Kompression belastet wird. Derartigen Kompressionsbelastungen kann aber das Betonmaterial gut standhalten, so daß insgesamt eine sichere Drehmoment-Weitergabe im Betonpfahl gewährleistet ist.

Ein Betonpfahl gemäß Anspruch 9 enthält nur soviel an Armierung, wie zum Übertragen des Drehmomentes an einer betrachteten Stelle des Pfahles notwendig ist. Damit läßt sich der Pfahl insgesamt preisgünstig herstellen.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 10 ist im Hinblick auf eine rasche und sichere Verbindung des oberen Pfahlendes mit einem auf ihn arbeitenden Drehan­ trieb von Vorteil.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 12 ermög­ licht die Verwendung der Erfindung auch in harten und steinigen Untergründen. In der Regel ist es ausreichend, wenn nur die untersten Gänge der wendelförmigen Rippenan­ ordnung mit einer ihren Rücken schützenden verschleißfesten kappenähnlichen Schutzschiene versehen sind.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 14 ist im Hinblick auf ein Freischneiden von "Gewindegängen" im Erdreich und auch im Hinblick auf eine Arretierung des ins Erdreich eingebrachten Pfahles in Winkelrichtung von Vorteil: In die Unterbrechungen kann zunächst beim Einbringen des Pfahles in radialer Auswärtsrichtung elastisch verdrängtes Erdreich wieder zurückfedern, wenn die auf den Pfahl ausgeübte Drehbewegung beendet wird.

Der letztgenannte Vorteil wird auch durch die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 15 erhalten.

Gemäß dem im Anspruch 16 angegebenen Vorschlag kann man einen insgesamt große Länge aufweisenden Betonpfahl in mehreren axial hintereinander liegenden Segmenten nacheinander in den Untergrund einbringen, was die Verwendung einer Vorrichtung mit geringem Arbeitshub ermöglicht, die billiger herzustellen ist und sich leichter transportieren läßt.

Die Weiterbildungen der Erfindung gemäß den Ansprüchen 18 und 25 sind im Hinblick auf den Einsatz der erfindungs­ gemäßen Lösung bei solchen Untergründen von Vorteil, bei welchen ein bloßes Drehen des Betonpfahles zumindest in der ersten Phase seines Eindringens ins Erdreich dazu führen würde, daß die Rippenanordnung das Erdreich ähnlich wie ein Fräser zerkleinert, so daß keine Führung der Rip­ penanordnung im Erdreich erhalten würde.

Das im Anspruch 21 angegebene Verfahren eignet sich zum besonders raschen Einbringen von Betonpfählen in einen weichen Untergrund.

Das Verfahren gemäß Anspruch 22 wird dagegen bei Untergrün­ den verwendet, welche hart sind und deren Material weniger gut unter Komprimieren verdrängt werden kann.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 23 ist im Hinblick auf die Verringerung der zum Einbringen des Betonpfahles erforderlichen Leistung von Vorteil.

Gemäß Anspruch 24 erhält man zugleich mit dem Einbringen des Betonpfahles in den Untergrund eine Information darüber, wie fest der Pfahl tatsächlich im Untergrund sitzt. Das ge­ messene Drehmoment ist nämlich bei Umfangsschmierung des Pfahles direkt der Eindringkraft des Pfahles in den Unter­ grund zugeordnet, die ihrerseits wieder die Belastbarkeit des Pfahles vorgibt; wird der Pfahl nicht am Umfang ge­ schmiert, so ist das gemessene Drehmoment repräsentativ für den Eindringwiderstand, wie gerade dargelegt, in Kom­ bination mit der Umfangs-Haftreibung zwischen Pfahl und Erdreich. Auch diese Kräfte sind wiederum charakteristisch für die spätere Belastbarkeit des Pfahles. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist man somit nicht an pauschale Schätzungen und die Ergebnisse nicht exakt am Eindringungsort eines Pfahles durchgeführter Probebohrun­ gen gebunden.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1: eine seitliche, teilweise geschnittene Ansicht eines vorgefertigten Betonpfahles sowie einer Vorrichtung zum Hineindrehen dieses Pfahles in das Erdreich;

Fig. 2: ein schematisches Blockschaltbild der Hydraulik­ anlage der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung;

Fig. 3 bis 5: seitliche Ansichten abgewandelter Betonpfähle, welche in das Erdreich hineingedreht werden können;

Fig. 6: eine Aufsicht auf eine gemeinsame Kopfplatte, durch welche die von den oberen Enden benachbar­ ter Betonpfähle getragenen Formschlußmittel dreh­ schlüssig verbunden sind;

Fig. 7: einen vergrößerten Teilschnitt durch eine der Rippen des in Fig. 1 gezeigten Betonpfahles; und

Fig. 8 und 9: transversale Schnitte durch Betonpfähle mit in Umfangsrichtung veränderlicher Rippengeometrie.

In Fig. 1 ist ein vorgefertigter Betonpfahl teilweise in einen Untergrund 12 hineingeschraubt wiedergegeben. Die hierzu verwendete Vorrichtung, welche auf den Beton­ pfahl 10 eine axiale Kraft ausübt und diesen zugleich um seine Längsachse dreht, ist in Figur insgesamt mit 14 bezeichnet.

Der Betonpfahl 10 hat eine auf seiner Außenfläche ver­ laufende wendelförmige Rippe 16 und ist im Inneren mit einem wendelförmigen Armierungsteil 18 versehen. Letzteres ist in der Zeichnung so dargestellt, wie wenn es aus einem Band gefertigt wäre; in der Praxis kann das Armierungsteil 18 in üblicher Weise aus gebogenen und sich überkreuzenden Armierungseisen hergestellt sein, wie übliche Armierungen von Betonpfählen. Der Betonpfahl 10 kann zusätzlich zum Armierungsteil 18 weitere in der Zeichnung nicht wieder­ gegebene Armierungsteile umfassen, welche in bekannter Weise in axialer Richtung verlaufende und in Umfangsrich­ tung verlaufende Armierungseisen aufweisen.

Das obere Ende des Armierungsteiles 18 ist an einem käfig­ ähnlichen Armierungskopf 20 festgeschweißt, der seinerseits fest mit einem Antriebsvierkant 22 verbunden ist.

Der Antriebsvierkant 22 findet in einer Antriebsöffnung 24 eines Antriebskranzes 26 formschlüssig Aufnahme. Letzterer ist drehbar und axial abgestützt zwischen zwei Stirnplatten 28, 30 eines insgesamt mit 32 bezeichneten Bohrkopfes ange­ ordnet. Die Stirnplatten 28, 30 sind durch eine vordere End­ platte 34 sowie eine hintere Endplatte 36 sowie durch Sei­ tenplatten 38 auf Abstand gehalten und begrenzen zusammen mit den letzteren eine Getriebekammer. In letzterer läuft ein mit dem Antriebskranz 26 kämmendes Ritzel 40 um, wel­ ches auf der Welle eines umlaufenden Hydromotors 42 sitzt.

Der gesamte Bohrkopf 32 ist über Verlängerungen der Seiten­ platten 38 auf einem Bohrmast 44 verfahrbar. Hierzu ist an der oberen Stirnplatte 28 die Kolbenstange 46 eines langen hydraulischen Arbeitszylinders 48 angelenkt, dessen Gehäuse an einem auskragenden Arm 50 des oberen Endes des Bohrmastes 44 abgestützt ist.

Der Bohrmast 44 selbst ist über angelenkte Streben 52, 54 mit einem nicht dargestellten Fahrzeug verbunden und kann durch letzteres von einem Einsatzort zum anderen transpor­ tiert werden. Durch Verfahren der Streben 52, 54 kann der Bohrmast 44 auch in seiner Neigung eingestellt werden.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist mit der Kolbenstange 46 oder einem starr zusammen mit dieser bewegten Teil ein linearer Stellungsgeber 56 mechanisch gekoppelt. Ähnlich wird die Drehung des Antriebskranzes 26 durch einen an die Welle des Hydromotors 42 mechanisch angekoppelten Winkelgeber 58 erfaßt, welcher durch ein vielgängiges Poten­ tiometer oder eine Stroposkopscheibe mit nachgeschaltetem Zähler gebildet sein kann.

Der Stellungsgeber 56 und der Winkelgeber 58 sind ebenso mit Eingängen einer Steuereinheit 60 verbunden wie ein Bedienungsfeld 62, welches neben einem Eingabefeld 64 für allgemeine Arbeitsparameter einen Einstellknopf 66 für die Steigung der Rippe 16 sowie einen Einstellknopf 68 für die Länge des Betonpfahles aufweist. Die Einstell­ knöpfe 66 und 68 sind nur zur Heraushebung der zugeordne­ ten Eingabegröße getrennt herausgezeichnet; es versteht sich, daß man diese Größen im Bedarfsfalle genauso über das allgemeine Eingabefeld, welches neben Steuertasten ein alphanumerisches Tastenfeld umfassen kann, eingeben kann. Zu den dort eingegebenen allgemeinen Arbeitspara­ metern gehört insbesondere die im Hinblick auf die Boden­ festigkeit gewählte Soll-Geschwindigkeit, mit welcher der Betonpfahl 10 in den Untergrund 12 hineingeschraubt werden soll.

Durch die Steuereinheit 60 werden zwei 4/3-Magnetventile 70, 72 gesteuert, über welche der Hydromotor 42 bzw. der Arbeitszylinder 48 für den Antrieb in beiden Arbeitsrich­ tungen mit einer von einer nicht gezeigten Hydraulikpumpe her kommenden Druckleitung 74 bzw. einer zu einem nicht gezeigten Druckmittelsumpf führenden Rücklaufleitung 76 verbindbar sind.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist in die eine Zuleitung zum Hydromotor 42 eine einstellbare Drossel 78 eingefügt, welche durch einen Servomotor 80 verstellt wird. Ähnlich ist in die zum hinteren Arbeitsraum des Arbeitszylinders 48 führende Zuleitung eine einstellbare Drossel 82 einge­ fügt, welche durch einen Servomotor 84 verstellt wird.

Die beiden Servomotoren 80 und 84 werden von der Steuer­ einheit 60 her derart erregt, daß die dem oberen Ende des Betonpfahles aufgeprägte wendelförmige Bewegung die gleiche Steigung hat wie die Rippe 16.

Dabei arbeitet die Steuereinheit 60 vorzugsweise so, daß sie zunächst die der Soll-Geschwindigkeit entsprechende Vorschubgeschwindigkeit an der Kolbenstange 46 einzustel­ len sucht. Die Drehgeschwindigkeit des Hydromotors 42 wird dagegen in Abhängigkeit vom über den Stellungsgeber 56 gemessenen zurückgelegten Ist-Weg der Kolbenstange 46 geregelt.

Durch diese Zwangssynchronisierung von Axialbewegung und Drehbewegung des Betonpfahles 10 ist gewährleistet, daß dieser in den Untergrund 12 hineingeschraubt wird und keine Freiräume um den Betonpfahl herum geschaffen werden.

Die Nachführung der Drehzahl des Hydromotors 42 an den Ist-Hub der Kolbenstange 46 erfolgt vorzugsweise zumin­ dest so lange, bis einige Gänge der Rippe 16 im Unter­ grund gefaßt haben und durch bloßes Weiterdrehen des Betonpfahles 10 aufgrund der Abstützung der Rippen die zum Verdrängen des Erdreiches notwendige axiale Kraft bereitgestellt werden kann. In diesem Fall kann die Arbeits­ weise der Steuereinheit 60 dann so abgewandelt werden, daß sie zunächst in erster Linie die Drehgeschwindigkeit des Hydromotors 42 gemäß der gewünschten Vorschubgeschwindigkeit für den Betonpfahl 10 einstellt, während der Arbeitszylinder 48 gerade soweit mit Druckmittel beaufschlagt wird, wie dies zum Erbringen etwaiger Reste der axialen Vorschubkraft notwendig ist (gemäß dem Zurückbleiben der Ist-Stellung der Kolbenstange 46 verglichen mit einer Soll-Stellung, welche sich aus dem Gesamt-Drehwinkel des Betonpfahles 10 unter Berücksichtigung der Steigung der Rippe 16 ergibt).

Für eine Pfahlgründung wird unter Verwendung des oben beschriebenen Betonpfahles und der oben beschriebenen Vorrichtung zunächst in einer Fabrik der Betonpfahl her­ gestellt, wobei man den Antriebsvierkant 22, das Armie­ rungsteil 18, den Armierungskopf 20 sowie weitere Armie­ rungsbestandteile in bekannter Weise vorfertigt und durch Verschweißen fest miteinander verbindet. Die so erhaltene Einheit wird in eine Form mit einer Innenkontur einge­ bracht, wie sie der gewünschten Außenkontur des Beton­ pfahles 10 entspricht. In diese Form wird dann der Beton eingegossen, und wenn eine ausreichende Eigenfestigkeit des Betons erhalten worden ist, kann der Betonpfahl 10 ausgeformt werden. Dies kann bei Verwendung einer ge­ teilten Form durch Abnehmen des Formdeckels und Entneh­ men des fertigen Pfahles erfolgen; bei Verwendung einer einteiligen Form, bei welcher die Forminnenfläche dann mit einem Trennmittel überzogen wird, auch durch Heraus­ schrauben des fertigen Betonpfahles 10.

Die so hergestellten Betonpfähle können massive Pfähle sein, man kann unter Verwendung einer umlaufenden Form aber auch hohle Schleuderbeton-Pfähle herstellen. Es ver­ steht sich ferner, daß man beim Herstellen der Betonpfähle 10 auch die Armierung unter Spannung setzen kann, so daß man vorgespannte Betonpfähle erhält.

Die so hergestellten, in der Praxis zwischen 10 und 20 Meter langen Betonpfähle werden auf einem Fahrzeug zur Baustelle gefahren. Dort wird dann jeweils ein Pfahl mit einem Hebezeug, wie es üblicherweise an Bohrvorrichtungen zum Handhaben von Bohrrohren vorgesehen ist, bei hochge­ fahrenem Bohrkopf 32 unter diesen gestellt und im wesent­ lichen vertikal ausgerichtet. Dann wird der Bohrkopf 32 abgesenkt, so daß der Antriebsvierkant 22 in den Antriebs­ kranz 26 eingeführt wird. Nun kann das Hebezeug gelöst werden.

Der Hydromotor 42 und der Arbeitszylinder 48 werden nun­ mehr bei zunächst vertikaler Pfahlausrichtung so lange in Gang gesetzt, bis sich die Pfahlspitze so weit in den Untergrund hineingearbeitet hat, daß sie in seitlicher Richtung nicht mehr ausweicht. Nunmehr wird durch Ver­ stellen der Streben 52, 54 der Bohrmast 44 in diejenige Richtung geneigt, in welcher der Betonpfahl 10 in den Untergrund hineingeschraubt werden soll. Anschließend werden der Hydromotor 42 und der Arbeitszylinder 48 über die Steuereinheit 60 gesteuert wieder mit Druckmittel versorgt, und der Betonpfahl 10 wird in der oben schon genauer beschriebenen Art und Weise rasch in den Unter­ grund 12 hineingeschraubt. In der Praxis kann ein etwa 12 Meter langer Pfahl in insgesamt 6 Minuten (Hauptzeit) in einen mittelschweren Untergrund hineingeschraubt werden, so daß man bei Pfahlgründungen mit eng benachbarten Pfäh­ len auf eine Leistung von rund zehn Pfählen pro Stunde kommt.

Fig. 3 zeigt einen abgewandelten Betonpfahl 10, bei wel­ chem sich die wendelförmige Rippe 16 nur über einen Teil seiner axialen Länge erstreckt. Ein derartiger Pfahl wird verwendet, wenn die oberste Schicht des Erdreiches sehr hart ist und durch Rammen überwunden werden muß. Man er­ hält dann aber die mit dem Hineindrehen eines Betonpfahles in den Untergrund verbundenen Vorteile immer noch während der zweiten Phase des Einbringens in den Untergrund, wo­ durch sich immer noch erhebliche Zeiteinsparungen und eine erhebliche Verminderung der Geräuschbelästigung er­ geben.

Umgekehrt kann man auch nur den unteren Pfahlabschnitt mit einer wendelförmigen Rippe versehen, wobei man dann den beim oberen Pfahlabschnitt verbleibenden leeren Ge­ windegang im Untergrund mit Flüssigbeton verfüllen kann, wenn dies notwendig sein sollte.

Der in Fig. 4 gezeigte Betonpfahl unterscheidet sich von den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen zum einen dadurch, daß er eine Schneidspitze 86 aufweist, welche sich durch harte Schichten des Untergrundes hindurch­ arbeiten kann.

Außerdem hat man eine zweigängige Rippenanordnung bestehend aus zwei um 180 Grad in Umfangsrichtung gegeneinander ver­ setzte Rippen 16 a und 16 b, wobei diese Rippen zudem sehr breit und ballig sind. Beim in Fig. 4 gezeigten Ausführungs­ beispiel entspricht die Breite des Fußes der Rippen der hal­ ben Wendelsteigung, so daß die beiden ineinandergeschachtel­ ten Rippen 16 a und 16 b einander berühren. Das Rippenprofil ist kreisförmig. Eine derartige Umfangskontur aufweisender Betonpfahl eignet sich besonders gut für den Einsatz in elastisch nachgiebigem Untergrund, welcher in die durch die Rippen vorgegebenen Rücksprünge zurückfedern kann.

Der in Fig. 5 gezeigte Betonpfahl unterscheidet sich von den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen zum einen dadurch, daß sein Hauptkörper leicht kegelför­ mig ausgebildet ist, sich zum unteren Ende hin verjüngt. Damit leisten auch die oberen Abschnitte der Rippe 16 noch eine radiale Verdrängungsarbeit, wenn sie in die von den unteren Rippenabschnitten schon geschnittenen Vertiefungen des Untergrundes eintreten.

Zudem hat der Betonpfahl 10 nach Fig. 5 eine Spitze, bei welcher ausklappbare halbkegelförmige Schneidwerk­ zeuge 88, 90 vorgesehen sind. Letztere sind auf einen am unteren Pfahlende angeformten kegelstumpfförmigen Sitz 92 auflegbar, so daß sie die in Fig. 5 gestrichelt eingezeichnete geschlossene Kegelspitze 94 bilden. Im vom Sitz 92 abgeklappten Zustand, der in Fig. 5 durch ausgezogene Linien wiedergegeben ist, erzeugen die Schneidwerkzeuge 88, 90 einen Freiraum 96, welcher sich je nach dem Zeitpunkt, zu welchem die Schneidwerkzeuge ausgefahren werden, über einen kleineren oder größeren Teil des unteren Endes des Betonpfahles erstreckt.

Der Freiraum 96 kann über einen axialen Durchgangskanal 98 des Betonpfahles mit Flüssigbeton ausgefüllt werden und - falls gewünscht - durch Druckbeaufschlagung zu einer vergrößerten Zwiebel aufgeweitet werden.

Die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 4 und 5 unter­ scheiden sich von den vorhergehend beschriebenen Aus­ führungsbeispielen ferner durch die Drehmoment übertra­ gende Verbindung zwischen dem oberen Pfahlende und dem Bohrkopf 32.

Der Betonpfahl nach Fig. 4 hat am oberen Ende einen trans­ versalen Durchgang 100, in welchen ein Stahlbolzen 102 hin­ eingesteckt ist. Letzterer arbeitet mit komplementären Nuten in der inneren Umfangsfläche eines entsprechend ab­ gewandelten Antriebskranzes zusammen. Beim in Fig. 5 ge­ zeigten Betonpfahl ist an das obere Ende des Pfahles selbst ein große Kantenlänge aufweisender Vierkant 104 angeformt.

Es versteht sich, daß weitere Abwandlungen der oben beschrie­ benen Ausführungsbeispiele dadurch erhalten werden können, daß man die beschriebenen Pfahl-Hauptteile, Spitzen und Formschlußmittel in anderer Kombination zusammensetzt.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich, kann man die Antriebsvierkante 22 benachbarter Betonpfähle 10, welche gleich weit in den Untergrund 12 hineingeschraubt wurden, durch eine gemein­ same Kopfplatte 108 fest verbinden, welche Ausnehmungen 110 aufweist, in welchen jeweils ein Antriebsvierkant 22 form­ schlüssig Aufnahme findet.

Wie aus Fig. 7 ersichtlich, kann man einen Armierungsab­ schnitt 112 des Betonpfahles 10 teilweise in die Rippe 16 hineinziehen, um die dynamische Festigkeit der Rippe 16 zu erhöhen. Zusätzlich kann man an dem radial außen liegenden Ende dieses Armierungsabschnittes 112 eine wendelförmige Schutzschiene 114 befestigen, die mit einer außenliegenden auftraggeschweißten Verschleißschicht 116 versehen ist. Da die Schutzschiene 114 an dem Armierungsabschnitt 112 schon vor dem Gießen des Pfahles befestigt ist, geht ihre Außen­ fläche bündig in die Außenfläche des Betons über. Die Schutzschiene 114 erleichtert das Schneiden von Gewinde­ gängen im Untergrund und braucht in der Regel nur im unte­ ren Abschnitt des Betonpfahles vorgesehen zu werden, da der dort gelegene Teil der Rippe 16 den größten Teil der Schneid- und Verdrängungsarbeit leisten muß und sich am längsten im Eingriff mit dem Untergrund befindet.

Wie in Fig. 8 am Beispiel einer im wesentlichen drei­ eckigen Querschnitt aufweisenden Rippe 16 gezeigt, kann man die Rippe 16 unterbrechen. Beim dargestellten Aus­ führungsbeispiel sind für jeden Gang der Rippe 16 zwei einander diametral gegenüberliegende Durchbrechungen 118 vorgesehen. Diese Durchbrechungen sind beim Hineinschrau­ ben des Betonpfahles 10 in den Untergrund 12 insofern von Bedeutung, als sie zusätzliche Schneidkanten darstel­ len. In die Durchbrechungen 118 kann aber nach Beendigung des Hineinschraubens auch Material des Untergrundes hin­ einfedern, so daß der Betonpfahl 10 in Drehrrichtung zu­ sätzlich arretiert wird.

Der in Fig. 8 gezeigte Betonpfahl 10 hat einen innenlie­ genden axialen Durchgang 120, über welchen ein Schmiermit­ tel vom oberen Pfahlende zur Pfahlspitze und von dort zum Pfahlumfang gepreßt werden kann. Ein derartiger mittiger Durchgang verringert das Flächenträgheitsmoment des Pfah­ les und damit sein Vermögen zur Drehmomentübertragung nicht nennenswert; auch die statische Belastbarkeit in axialer Richtung wird nur geringfügig erniedrigt. Der Durchgang 120 wird nach völligem Einbringen des Betonpfah­ les 10 in den Untergrund mit Beton ausgegossen.

Den letztgenannten Vorteil erhält man auch bei dem Aus­ führungsbeispiel nach Fig. 9, bei welchem die Rippe 16 einen in axialer Aufsicht gesehen gewellten Rand 120 hat.

Claims (26)

1. Vorgefertigter Betonpfahl zum Einbringen ins Erdreich, welcher durch eine Armierung verstärkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß er zumindest auf einem Teil seiner Außenfläche mit einer wendelförmigen Rippenanordnung (16) versehen ist.

2. Betonpfahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippenanordnung (16) im wesentlichen dreieckigen oder trapezförmigen Rippenquerschnitt aufweist.

3. Betonpfahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippenanordnung (16) balligen Rippenquerschnitt hat.

4. Betonpfahl nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Füße der Rippen der Rippenan­ ordnung (16) so breit sind, daß die Rippenanordnung die Außenflächen des Pfahls im wesentlichen vollständig bedeckt.

5. Betonpfahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er sich in seiner Grundform zur Spitze hin verjüngt.

6. Betonpfahl nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sein unteres Ende eine vorzugsweise aus Metall gefertigte Schneidspitze (86) aufweist.

7. Betonpfahl nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende ein ausfahrbares Schneidwerkzeug (88, 90) vorgesehen ist und ein axialer Durchgangskanal (98) vom oberen zum unteren Pfahlende führt.

8. Betonpfahl nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Armierung ein wendelförmiges Armierungsteil (18) aufweist, dessen Drehsinn demjeni­ gen der Rippenanordnung (16) entgegengesetzt ist.

9. Betonpfahl nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Belastbarkeit der Armierung vom oberen zum unteren Pfahlende im wesentlichen kontinuier­ lich abnimmt.

10. Betonpfahl nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende als das eine Form­ schlußteil (22) einer Drehmoment übertragenden Steck­ kupplung (22, 24) ausgebildet ist.

11. Betonpfahl nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Formschlußteil (22) ein Metallteil ist, welches mit der Armierung (18, 20) fest verbunden ist.

12. Betonpfahl nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Abschnitt des Rückens der Rippenanordnung (16) eine verschleißfeste Schutz­ schiene (114) trägt.

13. Betonpfahl nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschiene (114) mit der Armierung (112) fest verbunden ist.

14. Betonpfahl nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippenanordnung (16) Unterbre­ chungen (118) aufweist.

15. Betonpfahl nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der außenliegende Rand (120) der Rippenanordnung (16) in axialer Sicht gewellt ist.

16. Betonpfahl nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß bei seinem oberen Ende Formschluß­ mittel vorgesehen sind, über welche ein weiteres Pfahl­ segment ankuppelbar ist, welches hierzu komplementäre Form­ schlußmittel am unteren Ende und vorzugsweise gleiche Form­ schlußmittel am oberen Ende aufweist.

17. Verfahren zum Einbringen eines Betonpfahles nach einem der Ansprüche 1 bis 16 in das Erdreich, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Betonpfahl am Anbringungsort in die gewünschte Neigung zur Vertikalen gebracht wird und an­ schließend unter Ausübung einer axialen Vorschubbewegung und gleichzeitiger Drehung um seine Längsachse ins Erdreich gedreht wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubbewegung und die Drehbewegung gemäß der Steigung der wendelförmigen Rippenanordnung (16) synchronisiert sind.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18 zum Einbringen eines Betonpfahles nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das ausfahrbare Schneidwerkzeug (88, 90) zunächst eingefahren bleibt, bis ein Hauptteil des Beton­ pfahles in des Erdreich gedreht ist und anschließend aus­ gefahren wird, so daß um das untere Ende des Betonpfahles ein ringförmiger Hohlraum (96) freigeräumt wird; und daß die­ ser Hohlraum nach dem Einschrauben des Betonpfahles in das Erdreich über dessen Durchgangskanal (98) mit flüssigem Beton ausgefüllt wird, vorzugsweise unter hoher Druckbe­ aufschlagung zur Erzeugung einer vergrößerten Zwiebel.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei ein Betonpfahl nach Anspruch 10 verwendet wird, da­ durch gekennzeichnet, daß die Formschlußteile benach­ barter ins Erdreich eingebrachter Betonpfähle in einer gemeinsamen Kopfplatte drehschlüssig festgelegt werden.

21. Verfahren zum Einbringen eines Betonpfahles nach einem der Ansprüche 1 bis 16 in das Erdreich, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der mit einer Rippenanordnung großer Steigung versehene Betonpfahl am Anbringungsort in die ge­ wünschte Neigung zur Vertikalen gebracht wird und anschließ­ end in das Erdreich eingeschlagen wird, wobei er sich gleichzeitig um seine Längsachse dreht.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß an der Einbringstelle zunächst ein Kernloch vorgebohrt wird, dessen Tiefe einem Teil oder der gesamten Länge des Betonpfahles entspricht.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß durch den hohl ausgebildeten Beton­ pfahl flüssiger Beton, eine Kalk/Zement-Schlämme oder ein ähnliches Schmiermittel zu der Pfahlspitze gefördert und dort ausgepreßt wird.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Eindrehen des Betonpfahles aufgewandte Drehmoment und/oder die zum Eindrücken des Betonpfahls ausgeübte Axialkraft gemessen wird.

25. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 18, gekennzeichnet durch einen Drehantrieb (26, 40, 42), dessen Abtriebsteil (26) mit einem mit dem Pfahl-Formschlußteil (22) zusammenarbeitenden trei­ benden Formschlußteil (24) versehen ist; durch einen Li­ nearantrieb (48), dessen Abtriebsteil (46) direkt oder mittelbar über den Drehantrieb auf das obere Ende des Betonpfahles (10) arbeitet; durch einen dem Drehantrieb (26, 40, 42) zugeordneten Winkelgeber (58) sowie einen dem Linearantrieb (48) zugeordneten linearen Stellungs­ geber (56); und durch eine Steuereinheit (60), welche in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen von Winkelge­ ber (58) und Stellungsgeber (46) sowie von Steuersigna­ len, welcher der Steigung der Rippenanordnung (16) und einer Soll-Einbringgeschwindigkeit für den Betonpfahl (10) entsprechen, den Drehantrieb (26, 40, 42) sowie den Linearantrieb (48) steuert.

26. Vorrichtung an Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb (26, 40, 42) und der Linearan­ trieb (48) hydraulische Motoren sind, und die Steuer­ einheit (60) auf Servodrosseln (78 bis 84) arbeitet, die in eine der Anschlußleitungen des betrachteten Antriebes geschaltet sind.