EP0481079B1

EP0481079B1 - Verfahren und Werkzeug zur Herstellung eines Pfahls

Info

Publication number: EP0481079B1
Application number: EP90910974A
Authority: EP
Inventors: Alexei Leonidovich Egorov;; Gennady Nikolaevich Gavrilov
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-07-06
Filing date: 1990-03-06
Publication date: 1993-09-22
Anticipated expiration: 2010-03-06
Also published as: CA2063573A1; BG60523B1; HUT60795A; HU9200023D0; BG95725A; DE59002864D1; ES2047939T3; FI94543B; EP0481079A4; FI94543C; AU6057190A; AU641174B2; FI920032A0; EP0481079A1; HU209336B; WO1991000941A1; JPH04506553A; BR9007509A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Werkzeug zur Herstellung eines Pfahls und kann bei der Herstellung von Pfahlgründungen beim Bau und bei der Rekonstruktion von Gebäuden und Ingenieurbauwerken zur Anwendung kommen.
Es ist ein Verfahren zur Pfahlherstellung bekannt (DE-C- 2651023), das zur Verstärkung der bestehenden Gründungen eingesetzt wird und ein Niederbringen von Bohrlöchern mit Hilfe von Schlagdrehbohrgeräten unter Schutz von Verschalungsrohren, ein Armaturanbringen und ein Einführen eines Rohrs zum Hineinpumpen eines Sandzementmörtels ins Bohrloch einschließt. Nachdem ein Mörtel hineingepumpt worden ist, führt man vor seinem Abbinden ins Bohrloch ein Injektionsrohr ein und pumpt über dieses Rohr unter gesteigertem Druck einen Zementmörtel hinein, damit an der Sohle des entstandenen Pfahls eine Erweiterung gebildet wird.
Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht in einer niedrigen Tragfähigkeit des Pfahls über seine Seitenfläche, weil ein Bohrloch durch Bodenausheben gebildet wird und an seinen Wangungen eine gelockerte Bodenschicht entsteht, die an der gemeinsamen Arbeit mit dem Pfahl nicht teilnimmt. Daher wird man gezwungen, einen Pfahl mit großer Länge auszuführen, damit sich sein unteres Ende gegen einen festen Baugrund (ein Fels, eine Moräne) abstützt.
Ein weiterer Nachteil des Verfahrens besteht auch in einer niedrigen Arbeitsleistung, weil die Arbeitsgänge zum Niederbringen eines Bohrlochs, zum Anbringen von Verschalungsrohren, zum Herausführen eines Bohrwerkzeugs, zum Einführen eines Rohrs ins Bohrloch zum Hineinpumpen eines Sandzementmörtels, zum Bohrlochfüllen mit diesem Mörtel, zum Herausziehen der Verschalungsrohre und des Rohrs zum Hineinpumpen des Sandzementmörtels, zum Einsetzen eines Injektionsrohrs ins Bohrloch und zum Hineinpumpen eines Zementmörtels nacheinander ausgeführt werden, wobei zwischen zwei letzteren der angegebenen Arbeitsgänge eine technologische Pause einzulegen ist, die mit dem Abbinden eines Pfahlbaustoffes im Zusammenhang steht, der als Packer beim Hineinpumpen des Zementmörtels unter Hochdruck dient.
Es ist ein Werkzeug zur Herstellung eines Pfahls mit einem Rohr zur Zufuhr eines abbindenden Baustoffes bekannt (US- A- 4060994), welche auf derselben Priorität wie die DE-C-2651023 beruht, das an eine Mörtelpumpe angeschlossen wird. Das Rohr taucht man in ein Bohrloch ein und führt man ihm unter Druck einen abbindenden Baustoff zu, der einen Pfahlkörper bildet, wobei das Rohr während der Bohrlochfüllung mit Baustoff herausgezogen wird.
Ein Nachteil dieses Werkzeugs besteht darin, daß ein mit seiner Hilfe hergestellter Pfahl eine niedrige Tragfähigkeit aufweist, weil das Werkzeug nur eine Baustoffzufuhr ins Bohrloch ohne Verdichtung des umgebenden Bodens sicherstellt. Die Verminderung der Tragfähigkeit eines Pfahls steht auch damit im Zusammenhang, daß bei Zufuhr des abbindenden Baustoffes ins Bohrloch dieser unvermeidlich mit Wasser oder Boden vermischt wird. Außerdem ist eine Kontinuitätsstörung des Pfahlbaustoffes über die Pfahllänge infolge Durchbruchs von Grundwasser bzw. von Tonspülung ins Rohrinnere möglich.
Ein Nachteil des Werkzeugs besteht auch darin, daß bei seiner Anwendung zur Herstellung eines Pfahls eine längere Zeit erforderlich ist, weil außer dem Niederbringen des Bohrlochs und seiner Füllung mit abbindendem Mörtel man noch Arbeitsgänge zum Schutz des Bohrlochs vor Einsturz seiner Wände auszuführen, d.h. darin Verschalungsrohre anzubringen bzw. es mit Tonspülung aufzufüllen hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Werkzeug zur Herstellung eines Pfahls zu entwickeln, mit deren Hilfe um den Pfahl ein Bodenbereich mit gesteigerter Dichte gebildet wird, der mit dem Pfahl zusammenwirkt, sowie die Zeit der Pfahlherstellung durch Verminderung der Anzahl von Arbeitsgängen verkürzt sein kann.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines Pfahls durch Zufuhr eines abbindenden Baustoffes in den Pfahlbildungsbereich erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei der Zufuhr des Baustoffes in den Pfahlbildungsbereich in diesem Baustoff elektrische Hochspannungsentladungen erzeugt werden, wobei der Bereich der Baustoffzufuhr und der Entladungserzeugung über die Tiefe des Pfahlbildungsbereichs während der Bildung eines Pfahlkörpers bewegt wird und die summarische Entladungsenergie in einer jeden Tiefe des Pfahlbildungsbereichs so gewählt wird, daß eine Durchmesservergrößerung eines entsprechenden Abschnittes dieses Bereichs bis auf den Solldurchmesser des Pfahls in dieser Tiefe sichergestellt wird.
Die Steigerung der Trägfähigkeit des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Pfahls ist damit verbunden, daß bei Erzeugung der Hochspannungsentladungen im Pfahlbildungsbereich zugeführten abbindenden Baustoff eine periodische sprunghafte Drucksteigerung stattfindet, die eine Erweiterung dieses Bereichs, eine Bodenverdichtung um diesen Bereich herum, ein Wegdrücken des Sicker- und Porenwassers und eine Infiltration des abbindenden Baustoffes in die freigewordenen Bodenporen bewirkt werden. Infolgedessen werden um einen Pfahl herum ein Bereich eines verankerten Bodens und ein Bereich eines verdichteten Bodens um den ersten Bereich herum gebildet. Außerdem kann man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Änderung der summarischen Energie der Entladungen über die Tiefe des Pfahlbildungsbereichs die Querschnittsfläche des Pfahls über seine Länge ändern, wodurch die Tragfähigkeit des Pfahls im Laufe seiner Herstellung in Abhängigkeit von der Bodenart eingestellt sein kann.
Im erfindungsgemäßen Verfahren sind keine Arbeitsgänge zum Schutz der Bohrlochwandungen vor einem Einsturz nach den bestehenden bekannten Verfahren (Verschalungsrohre, Tonspülung) erforderlich, die Herstellungszeit wird auch durch gleichzeitige Ausführung der Arbeitsgänge zur Baustoffzufuhr, zur Bildung des Pfahlkörpers und zur Bodenverdichtung verkürzt.
Der abbindende Baustoff kann einem Pilotbohrloch zugeführt werden, das einen Pfahlbildungsbereich darstellt.
Der abbildende Baustoff kann auch unmittelbar dem Boden zugeführt werden, der in diesem Falle einen Pfahlbildungsbereich darstellt. Dabei wird eine zusätzliche Verkürzung der Zeit zur Pfahlherstellung dadurch erzielt, daß kein Bohrlochniederbringen erforderlich ist.
Falls der Pfahl mit einem sich der Länge nach ändernden Radius hergestellt wird, ist es bei Verschiebung des Bereichs der Baustoffzufuhr und der Entladungserzeugung zweckmäßig, die Entladungsanzahl so zu ändern, daß in einer gegebenen Tiefe des Pfahlbildungsbereichs diese Anzahl zum Sollradius des Pfahls in dieser Tiefe direkt proportional ist.
Falls der Pfahl mit einem der Länge nach veränderlichen Radius hergestellt wird, kann man bei Verschiebung des Bereichs der Baustoffzufuhr und der Entladungserzeugung auch die Folgefrequenz der Entladungen so ändern, daß ihre Wert in einer gegeben Tiefe des Pfahlbildungsbereichs zum Sollradius des Pfahls in dieser Tiefe direkt proportional ist.
Bei der Pfahlherstellung in einem Pilotbohrloch ist es zweckmäßig, daß die Anzahl der Entladungen n in einer gegebenen Tiefe des Pfahlbildungsbereichs $n = exp \frac{r - χ ³ \sqrt{W}}{K(χ ³ \sqrt{W} {- r}_{o})}$

beträgt, wobei

r: Sollradius eines Pfahls in einer gegebenen Tiefe, m;
r_o: Radius eines Pilotbohrlochs, m;
W: Energie einer Entladung in dieser Tiefe, J;
K: Intensitätsfaktor einer Speicherung der bleibenden Bodenverformungen und
χ: Koeffizient, der von Bodeneingenschaften abhängt, bedeuten.

Nach der einen Variante dar Pfahlherstellung unmittelbar im Boden wird der Bereich der Baustoffzufuhr und der Entladungserzeugung in die Bodentiefe bewegt, wobei die Anzahl der Entladungen n in einer Tiefe gegebenen $n = exp \frac{r - χ ³ \sqrt{W}}{K χ ³ \sqrt{W}}$

beträgt,wobei

r: Sollradius eines Pfahls in einer gegebenen Tiefe,m,
W: Energie einer Entladung in dieser Tiefe, J,
K: Intensitätsfaktor einer Speicherung der bleibenden Bodenverformungen und
χ: Koeffizient, der von Bodeneigenschaften abhängt, bedeuten.

Nach der anderen Variante der Pfahlherstellung unmittelbar im Boden wird der Bereich der Baustoffzufuhr und der Entladungserzeugung in die Bodentiefe bewegt und nachdem eine gegebene Tiefe erreicht worden ist, die der entsprechenden Sollpfahlänge entspricht, wird der besagte Bereich nach oben bewegt, dabei werden die Energie W₁ einer Entladung bei der Abwärtsbewegung dieses Bereichs nach dem Verhältnis $W₁ = \frac{d³f}{13,12}$

wobei

d: maximales Querschnittsmaß des Werkzeugs, das die Baustoffzufuhr und die Entladungserzeugung sicherstellt, mm und
f: Bodenfestigkeitszahl nach Protodjakonow bedeuten

n = exp \frac{r - χ ³ \sqrt{W}}{K(χ ³ \sqrt{W} - 0,5 d)}

W: Energie einer Entladung in dieser Tiefe bei einer Aufwärtsbewegung des Bereichs der Baustoffzufuhr und der Entladungserzeugung, J;
r: Sollradius des Pfahls in dieser Tiefe, m;
K: Intensitätsfaktor einer Speicherung der bleibenden Bodenverformungen; Koeffizient, der von Bodeneigenschaften abhängt, und
d: maximales Querschnittsmaß des Werkzeugs, das die Baustoffzufuhr und die Entladungserzeugung sicherstellt, m bedeuten

Wenn ein kegeliger Pfahl hergestellt wird, ist es zweckmäßig, den Bereich der Baustoffzufuhr und der Entladungserzeugung mit in einem Schritt Δ h zu bewegen, der nach einem Verhältnis

und

ermittelt wird, wobei

b: zulässige relative Abweichung vom Solradius eines Pfahls,
α: Sollwinkel des Pfahlkegels, und
r' und r'': Pfahlsollradius am vorherigen bzw. am nächsten Schritt bedeuten.

Die Aufgabe wird auch dadurch gelöst, daß das Werkzeug zur Herstellung eines Pfahls mit einem Rohr zur Zufuhr eines abbindenden Baustoffs erfindungsgemäß zusätzlich eine elektrische Entladungsvorrichtung mit koaxial angeordneten und gegeneinander verschobenen Elektroden enthält, von denen die erste ringförmig ausgeführt und auf einem in ihrem Inneren verlaufenden Isolierstab angebracht ist und die zweite am Ende dieses Stabs befestigt und an einen strömführenden Stab angeschlossen ist, der im Inneren des Isolierstabs angeordnet und an die Zentralader eines Koaxialkabels angeschlossen ist, dessen Abschirmgeflecht an die erste Elektrode angeschlossen ist, wobei der Durchmesser der zweiten Elektrode größer ist als der Durchmesser des Isolierstabs, die erste Elektrode derart mit dem Rohrende, woran sich die Auslaßöffnung des Rohrs befindet, starr verbunden ist, daß die Achse der ersten Elektrode parallel zur Rohrachse und der Abstand der zweiten Elektrode von der Auslaßöffnung des Rohrs nicht kleiner ist als der Elektrodenabstand.
Dank einer Entladungsvorrichtung, die am Rohr zur Zufuhr eines abbindenden Baustoffes in der Nähe seiner Auslaßöffnung angeordnet ist, kann das erfindungsgemäße Werkzeug bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden, da es gleichzeitig mit der Zufuhr eines abbindenden Baustoffes darin Hochspannungentladungen erzeugen läßt. Dabei ist das Werkzeug zur Herstellung eines Pfahl sowohl in einem Bohrloch als auch unmittelbar im Boden geeignet.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung auf Beispielen näher erläutert.
Es zeigt:

Fig.1: den Vorgang der Pfahlherstellung nach der einen Ausführungsvariante der Erfindung,
Fig.2: den Vorgang der Pfahlherstellung nach der zweiten Ausführungsvariante der Erfindung,
Fig.3: die erste Stufe des Vorgangs der Pfahlherstellung nach der dritten Ausführungsvariante der Erfindung,
Fig.4: die zweite Stufe des Vorgangs einer Pfahlherstellung nach der dritten Ausführungsvariante der Erfindung,
Fig.5: ein Werkzeug zur erfindungsgemäßen Pfahlherstellung und
Fig.6: Änderungen der Bodenkennzahlen um einen erfindungsgemäß hergestellten Pfahl.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird wie folgt durchgeführt. Nach einem beliebigen bekannten Verfahren, z.B. durch Drehbohren, bringt man ein Pilotbohrloch 1 (Fig.1) mit einem Durchmesser nieder, der kleiner als der Durchmesser eines herstellenden Pfahls (im Falle eines zylindrischen Pfahls) bzw. als der minimale Durchmesser eines herzustellenden Pfahls (im Falle eines Pfahls mit einem der Länge nach veränderlichen Durchmesser) ist. In das Bohrloch 1 setzt man, falls dies erforderlich ist, eine Armatur ein und läßt in den unteren Teil des Bohrlochs 1 ein Werkzeug 2 herunter, das ein Rohr 3 zur Zufuhr eines abbindenden Baustoffes und eine elektrische Entladungsvorrichtung 4 enthält. Das Rohr 3 schließt man an eine (nicht eingezeichnete) Mörtelpumpe und die Entladungsvorrichtung 4 an einen Stromimpulsgenerator 5 an. Über das Rohr 3 wird kontinuierlich bzw. in Portionen ein elektrisch leitender abbindender Baustoff 6 z.B. auf Grundlage von Zement bzw. synthetischen Bindemitteln zugeführt und vom Generator 5 werden an die Elektroden der Entladungsvorrichtung 4 Stromimpulse gelegt, wodurch im Baustoff 6 elektische Hochspannungsentladungen erzeugt werden. Der Bereich 7 unter dem unteren Ende des Werkzeugs 2 stellt also einen Bereich der Baustoffzufuhr und der Entladungserzeugung dar. Durch jede Entladung wird im Bohrloch 1, das mit Baustoff 6 teilweise oder ganz gefüllt ist, eine sprunghafte Drucksteigerung bewirkt. Unter Schlageinwirkungen erfolgt ein Verdichten des Baustoffes 6 im Bereich 7, eine Erweiterung des Bohrlochs 1 in seinem unteren Teil, ein Wegpressen des Sicker- und Porenwassers aus dem anliegenden Boden und ein Eindringen des Baustoffes 6 in die von Wasser befreiten Bodenporen unter Bildung eines Bereichs 8 eines verankerten Bodens, der eine gesteigerte Festigkeit hat, sowie eines Bereichs 9 eines verdichteten Bodens um den Bereich 8 herum, der verbesserte Baueigenschaften aufweist(die Tragfähigkeit des Bodens wird durch Verminderung der Porenziffer und durch Steigerung des Moduls der Bodenverformung erhöht). Ein freies Volumen, das beim Verdichten des Baustoffes 6 entsteht, wird ständig durch neue Baustoffportionen gefüllt, so daß jede nächstfolgende Entladung in einen neue Volumen des abbindenden Baustoffes geschieht.
Eine gesamte Entladungsenergie, in diesem Falle eine Entladungsanzahl, wählt man so aus, daß eine Erweiterung des unteren Abschnittes des Bohrlochs 1 bis zum Solldurchmesser des Pfahls im unteren Pfahlteil sichergestellt wird. Auf diese Weise wird die Pfahlsohle ausgebildet.
Die Erfinder haben in Versuchen festgestellt, daß die Energie jeder Entladung wenigstens 5 kJ zu betragen hat, dabei kann der Druck eines hydraulischen Stroms im Bohrloch 1 bis auf 50...200 MPa gesteigert werden. Bei Entladungen mit einer Energie unter 5 kJ überschreitet die Zeit der Pfahlbildung die Abbindezeit eines abbindenden Baustoffes, was eine Festigkeitssenkung des Pfahlbaustoffes bewirkt. Es ist unzweckmäßig, Entladungen mit einer Energie über 200 kJ zu erzeugen, weil eine derartige Steigerung der Belastungen auf Bohrlochwandungen eine Überschreitung der zulässigen Schwingungsgeschwindigkeit im Boden und eine in der seismischen Hinsicht schädliche Einwirkung auf benachbarte Gebäude und Bauwerke herbeiführen kann. Außerdem werden bei Vergrößerung der Entladungsenergie Masse und Abmessungen der Anlage vergrößert, mit deren Hilfe das Verfahren durchgeführt wird.
Danach bewegt man das Werkzeug 2 und folglich den sich unterhalb dieses befindenden Bereich der Baustoffzufuhr und der Entladungserzeugung mit einem Schritt Δ h und der vorstehend beschriebene Vorgang wird wiederholt, wodurch die nächsten Abschnitte des Pfahlkörpers gebildet werden. Dabei wird im Falle, wenn ein Pfahl mit einem der Länge nach veränderlichen Radius hergestellt wird, die Entladungsanzahl am nächsten Schritt im Vergleich mit jener am vorherigen Schritt bei Vergrößerung des Pfahlradius vergrößert und umgekehrt. Die Größe des Schrittes Δ h wird in Abhängigkeit vom vorliegenden Gesetz einer Radiusänderung eines Pfahls über seine Länge und von der erforderlichen Genauigkeit der Pfahlhestellung bestimmt. So bleibt bei der Herstellung eines zylindrischen Pfahls der Schritt Δ h konstant und seine Größe beträgt $Δ h = r Sin [arcCos (1-b)]$

wobei

r: Sollradius eines Pfahls und
b: zulässige relative Abweichung von Pfahlsollradius bedeuten.

Wenn ein Kegelpfahl hergestellt wird, wird der Schritt Δ h durch das Verhältnis

oder

wobei

r' und r'': Pfahlsollradius am vorherigen bzw. nächsten Schritt und
α: Sollwinkel eines Pfahlkegels bedeuten.

Bei diesem Schrittwert kann man die Anzahl n von Entladungen auf jedem Schritt so wählen, daß der Radiud eines herzustellenden Pfahlabschnittes auf jedem Schritt den Sollradius r um einen Betrag b_r unterschreitet. Dies steht damit im Zusammenhang, daß auf einem jeden Schritt ein Pfahlabschnitt in Form eines sphärischen Segmentes mit einer Oberfläche hergestellt wird, deren Umfang jene ein und desselben Pfahlabschnittes mit dem Sollradius überschreitet. Das Verfahren gibt also Möglichkeit, das Volumen eines hergestellten Pfahls ohne Verschlechterung der Tragfähigkeit zu verkleinern und dadurch am Baustoff zu sparen.
Die beschriebenen Arbeitsgänge werden solange fortgesetzt, bis der Pfahlkörper mit der Länge h vollkommen ausgebildet ist und man danach entfernt das Werkzeug 2. Bei Zufuhr des Baustoffes 2 stellt man seinen Durchsatz so ein, daß der Baustoffstand im Bohrloch 1 in der Ebene seiner Mündung liegt.
In Versuchen hat man festgestellt, daß infolge einer Wirkung der ersten Entladung der Radius r_o eines Pilotbohrlochs 1 bis auf einen Wert r₁ erweitert wird, der beträgt $r₁ = χ ³ \sqrt{W}, m$

wobei

χ: Koeffizient, der von Bodeneigenschaften abhängt, und
W: Energie einer Entladung, J bedeuten.

Nach der Anzahl von n Entladungen kann man einen Zuwachs ${Δ r}_{n} {= r-r}_{o}$
des Radius eines Bohrlochs 1 nach einer empirischen Abhängigkeit ermitteln: ${Δr}_{n} = r₁(K ln n +1)$

wobei

Δ r₁ = r₁-r_o: Radiuszuwachs des Bohrlochs unter der Wirkung der ersten Entladung und
K: Intensitätsfaktor der Speicherung der bleibenden Bodenverformungen bedeuten.

Aus den Ausdrücken (8) und (9) folgt, daß zur Bildung eines Pfahlabschnittes mit dem Durchmesser r eine Anzahl von n Entladungen erforderlich ist, die beträgt $n = exp \frac{r - χ ³ \sqrt{W}}{K(χ ³ \sqrt{W} {- r}_{o})}$
Die K-und χ -Zahlen werden empirisch ermittelt. Die K- Zahl hängt vom Bodenzustand ab und ändert sich im Bereich von 0,2 bis 0,7. Die χ -Zahl hängt von der Bodenart ab und nimmt mit Steigerung der Bodendichte zu. Für Sand beträgt die χ-Zahl 0,00163 und für Lehmboden 0,0021.
Im betrachteten Falle ändert man bei der Herstellung eines Pfahls mit dem der Länge nach veränderlichen Radius die gesamte Entladungsenergie während der Bewegung des Werkzeugs 2 proportional zur erforderlichen Änderung des Pfahlradius, wie es aus dem Ausdruck (10) folgt. Dabei wird das Werkzeug diskret mit einem Schritt Δ h bewegt, die Folgefrequenz der Entladungen ist in diesem Falle konstant und man wählt sie in Abhängigkeit von der Solldauer einer Pfahlherstellung unter Berücksichtigung der Eigenschaften des verwendeten abbindenden Baustoffes, doch nicht unter 0,05 Hz. Es ist auch möglich, eine gesamte Entladungsenergie über die Länge eines herzustellenden Pfahls durch Änderung der Folgefrequenz der Entladungen in Übereinstimmung mit Änderung des Pfahlradius zu regeln. Es ist offensichtlich, daß je größer der erforderliche Pfahlradius in einer Tiefe ist, desto größer soll die Folgefrequenz der Entladungen in dieser Tiefe sein und umgekehrt. In diesem Falle wird das Werkzeug 2 kontinuierlich mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt.
Bei der Wahl einer Folgefrequenz der Entladungen ist zu berücksichtigen, daß der Vorgang der Pfahlbildung eine Erweiterung des Bohrlochs 1 und eine Bodenverdichtung um dieses herum einschließt. Dieser Vorgang verläuft verschiedenartig in Abhängigkeit vom Verhältnis der Entladungsfrequenz zur Geschwindigkeit des Druckabbaus im durch einen Baustoff gefüllten Bohrloch. Wenn die Folgefrequenz von Entladungen nicht mehr als 0,1 Hz beträgt, erfolgt jede nächste Entladung nach einem vollen Druckabbau und nach einer beendigten Konsolidierung des Bodens, der bei Entladungserzeugung verdichtet wird. Mit einer Frequenzsteigerung über 0,1 Hz fallen die Vorgänge der Zerstörung der Bodenstruktur und Bodenverdichtung zeitlich zusammen, wodurch die Pfahlkörperbildung beschleunigt wird. Dabei kann einerseits bei Steigerung der Folgefrequenz von Entladungen die Energie jeder Entladung herabgesetzt werden, wobei doch ihre gesamte Energie sichergestellt wird, die zur Zerstörung der Bodenstruktur und zur Bodenverdichtung ausreicht. Andererseits wirkt bei hoher Folgefrequenz von Entladungen jede nächste Entladung unter Bedingungen unbeendigten Vorgangs einer Bodenverdichtung, die durch Filtrationseigenschaften des Bodens bedingt ist, welche die Geschwindigkeit einer Wasserabgabe bestimmen. Infolgedessen nimmt die Wirksamkeit einer jeden Entladung ab und der energetische Aufwand zur Pfahlherstellung vergrößert sich. So wird z.B. bei einen Anfangswert der Porenzahl eines Bodens 0,690 bei Steigerung der Folgefrequenz von Entladungen von 0,09 Hz bis 6 Hz der Verdichtungseffekt einer Entladung um das 9-fache herabgesetzt. Die Änderung der Folgefrequenz von Entladungen ermöglicht eine Regelung der Pfahlherstellungsgeschwindigkeit im sehr weiten Bereich. Es wird keine Verminderung der Folgefrequenz von Entladungen unter 0,05 Hz empfohlen, weil dabei die Zeit, die ein Pfahlkörper zur Bildung braucht, mit der Abbindezeit eines abbindenden Baustoffes vergleichbar wird. In diesem Falle hat die Einwirkung der Entladungen negative Folgen zur Bildung einer Baustoffstruktur beim Abbinden, wodurch die Tragfähigkeit eines Pfahls herabgesetzt wird. Die obere Grenze der Folgefrequenz von Entladungen ist durch Möglichkeiten eines Stromimpulsgenerators gegeben.
In der betrachteten Ausführungsvariante der Erfindung wird das Pfahl in einem Pilotbohrloch 1 hergestellt. In Übereinstimmung mit einer anderen Variante der Pfahlherstellung dient als Bildungsbereich des Pfahls ein Boden, d.h. der Pfahl wird unmittelbar im Boden ohne Niederbringung des Bohrlochs hergestellt. In diesem Falle führt man das Werkzeug 2 (Fig.2) in den Boden in eine Tiefe von 0,3...0,5 m nach einem beliebigen bekannten Verfahren, z.B. Drehboren oder Eindrücken ein, führt einen abbindenden Baustoff 6 zu, wie es vorstehend beschrieben ist, wobei ein Bodenabschnitt benetzt wird und erzeugt in diesem Abschnitt elektrische Hochspannungsentlagungen in einer Anzahl, die den oberen Abschnitt eines Pfahls mit einem Solldurchmesser bilden läßt. Danach bewegt man das Werkzeug 2 in die Bodentiefe mit einem Schritt Δ h, der nach dem Verhältnis (6) bzw. (7) in Abhängigkeit von der Form des herzustellenden Pfahls bestimmt wird. Da der Baustoff 6 in den Boden zugeleitet wird, ist die Anzahl n von Entladungen größer als jene bei der Baustoffzufuhr in das Bohrloch und wird durch ein Verhältnis bestimmt $n = exp \frac{r - χ ³ \sqrt{W}}{K χ ³ \sqrt{W}}$

wobei

r: Pfahlsollradius in einer gegeben Tiefe bedeutet.

Wenn eine Tiefe h erreicht wird, die der Pfahllänge gleich ist, zieht man das Werkzeug 2 heraus und setzt in den Pfahl, falls erforderlich, eine Armatur ein. Bei Herstellung eines Pfahls stellt man einen Baustoffdurchsatz so ein, daß der Baustoff 6 mit dem oberen Pfahlteil zur Deckung kommt.
Zum Unterschied von der Variante der Pfahlherstellung im Bohrloch wird in diesem Falle eine zusätzliche Steigerung der Tragfähigkeit eines Pfahls dadurch erzielt, daß kein Bodenausheben beim Niederbringen eines Bohrlochs erfolgt und der Pfahl durch ein Bodenausweiten "von Null" bis auf den Sollradius des Pfahls geformt wird. Außerdem besteht ein zweifelloser Vorteil der Pfahlherstellung im Boden in einem Gewinn in bezug auf einen Material- und Zeitaufwand dadurch, daß kein Bohrloch niedergebracht sein soll.
Wie auch bei Herstellung des Pfahls mit dem der Länge nach veränderlichen Radius im Bohrloch kann man bei einer Bewegung des Werkzeugs 2 keine Impulsanzahl, sondern die Impulsfolgefrequenz in Übereinstimmung mit dem vorgegebenen Gesetz der Änderung eines Pfahlradius über die Pfahllänge ändern. Die vorstehend dargelegten Überlegungen bezüglich der Wahl der Entladungsenergie und Folgefrequenz von Entladungen gelten auch im Falle, wenn ein Pfahl unmittelbar im Boden hergestellt wird.
Die Pfahlherstellung im Boden "von oben nach unten" ist bei Verstärkung der Gründungen von bestehenden Gebäuden und Bauwerke zweckmäßig, wenn unter einem Fundament Hohlräume und Kavernen liegen, die durch Grundwasserwirkung gebildet sind. Es ist ein anderer Weg zur Pfahlherstellung im Boden möglich, der beim Errichten von Zwischenabstützungen in Kellern der zu rekonstruierenden Gebäude und Bauwerke oder zum Errichten neuer Gründungen beim Bau von Gebäuden und Bauwerken zu bevorzugen ist. Nach dieser Ausführungsvariante der Erfindung senkt man das Werkzeug 2 (Fig.3) gleicherweise in den Boden und führt einen elektrisch leitenden Baustoff 6 unter Erzeugung elektrischer Hochspannungsentladungen im Boden zu. Man wählt aber eine Entladungsenergie derart, daß durch jede Entladung unter dem unteren Ende des Werkzeugs 2 ein Trichter mit einem Radius entsteht, der ungefähr einer Durchmesserhälfte des Werkzeugs 2 gleich ist. Diese Trichterbildung unter dem unteren Ende des Werkzeugs 2 erleichtert sein Eindringen in den Boden - das Werkzeug 2 senkt sich selbstständig in den Boden oder wird in diesen durch eine kleine Kraft hineingedrückt. Damit ein selbstständiges Eindringen des Werkzeugs 2 in den Boden sichergestellt wird, soll die Energiegröße W₁ einer Entladung betragen $W₁ = \frac{d³f}{13,12} (J)$

wobei

d: maximales Querschnittsmaß des Werkzeugs, mm und
f: Bodenfestigkeitszahl nach Protodjakonow bedeuten.

Die Folgefrequenz von Entladungen wählt man so, daß die erforderliche Eintauchgeschwindigkeit V des Werkzeugs gewährleistet ist: $ν = \frac{V}{5,9 ³ \sqrt{W₁/f}} Hz$
Die Geschwindigkeit V wird im Verhältnis (13) in m/h angegeben.
Nachdem eine Tiefe erreicht worden ist, die der vollen Pfahllänge entspricht, stellt man einen Pfahl wie vorstehend beschrieben, doch von unten nach oben hin, indem das Werkzeug 2 (Fig.4) in Schritten von je Δ h gehoben wird, wobei die Anzahl n von Entladungen auf jedem Schritt durch das Verhältnis $n = exp \frac{r - χ ³ \sqrt{W}}{K(χ ³ \sqrt{W} - 0,5 d)}$

bestimmt wird, wobei

W: Energie einer Entladung auf einem Schritt, J bedeutet.

In diesem Falle wird der Pfahl also von seiner Sohle zum Kopf hin hergestellt während man die Baustoffzufuhr und die Entladungserzeugung beim Werkzeugtransport zur Stelle, wo die Pfahlsohle gebildet wird, nur mit dem Zweck führt, den Bodenwiderstand der Abwärtsbewegung des Werkzeugs zu vermindern.
Das Werkzeug zur Pfahlherstellung enthält ein Rohr 3 (Fig.5) zur Zufuhr abbindenden Baustoffes und eine elektrische Entladungsvorrichtung mit Elektroden 10 und 11, die koaxial und gegeneinander längs ihrer Achse verschoben angeordnet sind. Das Rohr 3 besteht aus mehreren Sektionen, die beim Werkzeugeintauchen in ein Bohrloch bzw. in Boden nachgesetzt werden; Fig.5 zeigt das Ende der unteren Sektion des Rohrs 3. Die Elektrode 10, die in der Betriebslage des Werkzeugs die obere ist, ist als ein Ring, der auf eine Metallbüchse 12 aufgeschraubt ist, und die untere Elektrode 11 als ein Kegel mit einem größen Kegelwinkel ausgeführt, dessen Spitze nach unten zeigt. Diese Ausführung der unteren Elektrode 11 erleichtert das Werkzeugeintauchen in den Boden, ist aber keine obligatorische, die untere Elektrode kann als eine ebene Scheibe bzw. als ein Ring ausgeführt werden. Als ein Ganzes mit der unteren Elektrode 11 ist ein stromführender Stab 13 ausgeführt, der längs der Achse der Entladungsvorrichtung im Inneren der Büchse 12 verläuft und mit der Zentralader eines Koaxialkabels 14 verbunden ist, die an den einen Anschluß eines (nicht eingezeichneten) Stromimpulsgenerators angeschlossen ist. Das Kabel 14 soll eine Länge haben, die ein Werkzeugeintauchen in eine Solltiefe zuläßt, die der Länge eines herzustellenden Pfahls entspricht. Ein Raum im Inneren der Büchse 12, der stromführende Stab 13 bis zur unteren Elektrode 11 und ein an den Stab 13 angeschlossener Abschnitt des Kabels 14 sind mit einem Isolierstoff, z.B. Polyäthylen ausgegossen, wodurch ein Isolierstab 15 gebildet wird. Der Durchmesser dieses Stabs 15 ist kleiner als der Durchmesser der Elektrode 11 z.B. um 8 bis 10 mm, so daß ein Raum zwischen der unteren Stirnfläche der Elektrode 10 und einem ringförmigen Peripherieabschnitt der oberen Fläche der Elektrode 11, der über den Stab 15 herausspringt, einen Elektrodenabstand 16 bildet.
Die obere Elektrode 10 ist am Ende des Rohrs 3 angeschweißt, dabei ist ein Abstand zwischen einer Auslaßöffnung 17 des Rohrs 3 und der unteren Elektrode 11 nicht kleiner als der Elektrodenabstand 16. Es ist eine andere Verbindung des Rohrs 3 mit der Elektrode 10 denkbar, z.B. kann das Rohr 3 in diese Elektrode eingeschraubt werden. In diesen Falle kann man bei der Einstellung des Elektrodenabstandes 16 durch Bewegung der Elektrode 10 in der Büchse 12 vorher das Rohr 3 von der Elektrode 10 trennen, was eine Erleichterung der Betriebsvorbereitung des Werkzeugs mit sich bringt.
Das Rohr 3 ist mit dem Schirmgeflecht des Koaxialkabels 14 elektrisch verbunden, das an einen anderen Anschluß des Stromimpulsgenerators angeschlossen ist, der mit seinem Gehäuse verbunden ist. Damit Beanspruchungen zwischen der Elektroden 10 und 11 bei Entladungen keine Lockerung der Befestigung des stromführenden Stabs 13 im Isolierstab 15 bewirken, weist der stromführende Stab 13 ringförmige Vorsprünge 18 auf.
Im unteren Teil des Rohrs 3 ist neben dessen Auslaßöffnung 17 ein Rückschlagventil 19 angeordnet, das ein Bodeneindringen in das Rohr 3 verhindert. Diese Funktion kann anstelle vom Ventil 19 ein Schutzblech ausüben, das am Rohr 3 unterhalb seiner Auslaßbohrung befestigt ist.
Die Elektrode 10 und die Elektrode 11 mit dem stromführenden Stab 13 sind aus einem zähen Stahl unter Härtung der Oberflächenschicht zur Verminderung der Metallabtragung von Oberflächen der Elektroden während der Entladungen ausgeführt.
Man bringt das Werkzeug in die Vertikalstellung, z.B. in einem (nicht eingezeichneten) Bohrgerät, indem das Rohr 3 in der Drehvorrichtung dieses Geräts aufgespannt wird. Durch Bewegung der Elektrode 10 in der Büchse 12 stellt man einen erforderlichen Elektrodenabstand 16 ein, der die Umwandlung der elektrischen Entladungsenergie in eine mechanische Arbeit mit dem größten Wirkungsgrad gewährleistet. Falls der Pfahl in einem Bohrloch hergestellt wird, senkt man das Werkzeug auf die Bohrlochsohle, wobei das Rohr 3 beim Senken durch Sektionen nachgesetzt wird. Wenn die Bohrlochsohle erreicht wird, schließt man das Kabel 14 an den Ausgang eines Stromimpulsgenerators und das Rohr 3 an eine (nicht eingezeichnete) Mörtelpumpe an. Über das Rohr 3 führt man unter Druck der Bohrlochsohle einen abbindenden Baustoff zu und schaltet gleichzeitig den Generator ein, der Stromimpulse an die Elektroden 10 und 11 legt. Im Elektrodenabstand 16 entstehen Hochspannungsentladungen, die eine Erweiterung des unteren Bohrlochabschnittes, der mit dem abbindenden Baustoff gefüllt wird, sowie eine Verankerung und ein Verdichten des Bodens um diesen Abschnitt herum bewirken. Nachdem ein Pfahlabschnitt hergestellt worden ist, wird das Werkzeug allmählich nach oben bewegt. Eine Werkzeugbewegung wird z.B. anhand von Markierungen, die an der Rohrseitenfläche aufgetragen sind, oder anhand der Vorschublatte der Drehvorrichtung des Bohrgeräts überwacht.
Falls der Pfahl im Boden hergestellt wird, drückt man das Werkzeug in den Boden in eine Tiefe von 0,3 bis 0,5 m hinein und stellt den Pfahl auf die gleiche Art und Weise her, indem das Werkzeug in die Bodentiefe bewegt wird.
In Fig.6 sind Versuchsdaten dargestellt, die die Änderung einer Bodenfestigkeit um einen erfindungsgemäß hergestellten Pfahl 20 zeigen. An Diagramm sind waagerecht ein Abstand 1 von der Pfahlachse in Metern und senkrecht eine Tiefe h in Metern aufgetragen. Wie es aus Fig.6 ersichtlich ist, sind um den Pfahl 20 herum der Bereich 8 eines verankerten Bodens mit einer Druckfestigkeit R 0,4 bis 1 MPa und der Bereich eines verdichteten Bodens entstanden, der aus drei Teilbereichen 21, 22 und 23 mit Werten des Bodenverformungsmoduls E von 480, 330 bzw. 310 MPa besteht. Links vom Diagramm, das den Pfahl 20 mit dem anliegenden Boden darstellt, ist ein ingenieur-geologischer Schnitt eines Platzes abgebildet, worauf dieser Pfahl hergestellt worden ist. Die Bodenschicht 24 stellt Sand mit mittlerer Korngröße und einer Porenzahl e = 0,75, die Bodenschicht 25 - feiner wassergesättigter Sand (e = 0,72, E = 190 MPa), die Schicht 26 - staubförmiger Sand (e=0,67, E=150 MPa, Winkel φ der inneren Reibung des Bodens 28°, Haftung C=0,04 kPa) und die Schicht 27 - feiner wassergesättigter Sand mit denselben Kennzahlen wie die Schicht 25 dar. Unter der Schicht 27 liegt eine Moräne. Bei einer Gegenüberstellung der Kennzahlen des Ausgangsbodens mit Kennzahlen des Bodens, der dem Pfahl 20 anliegt, sieht man, daß die Tragfähigkeit des Bodens um den Pfahl herum und unter seiner Sohle um das 1,5- bis 3-fache gesteigert wird.
Nachstehend werden konkrete Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens angeführt.

Beispiel 1

Herstellung eines Abschnittes eines zylindrischen Pfahls mit einem Durchmesser von 0,3 m und einer Länge von 1 m im wassergesättigten Sandboden bei Werkzeugbewegung von oben nach unten, wie es für Fig.2 beschrieben ist.
Abbindender Baustoff:
Zementmörtel.
Intensitätsfaktor K der Speicherung von bleibenden Bodenverformungen 0,54
Koeffizient χ, der von Bodenkennzahlen abhängt: 0,00163
Maximales Querschnittsmaß des Werkzeugs: 0,09 m
Zementmörteldurchsatz: 2,3 m³/h
Energie einer Entladung: 50 kJ
Folgefrequenz der Entladungen: 1 Hz
Schrittzahl: 14
Schrittgröße: 0,071 m
Entladungszahl pro einen Schritt: 16
Zeit zur Herstellung eines Pfahlabschnittes auf einem Schritt: 0,0044 h
Zeit zur Herstellung eines Pfahlabschnittes mit einer Länge von 1 m: 0,062 h.

Beispiel 2

Herstellung eines kegeligen Pfahlabschnittes mit minimalem Durchmesser 0,3 m, mit Länge 1 m und mit Kegelwinkel 14° im dichten Lehmboden durch Werkzeugbewegung von unten nach oben, wie es für Fig.3 und 4 beschrieben ist.
Abbindender Baustoff: Sandzementmörtel.
Intensitätsfaktor K der Speicherung von bleibenden Bodenverformungen: 0,07
Koeffizient χ, der von Bodenkennzahlen abhängt: 0,00302
Maximales Querschnittsmaß des Werkzeugs: 0,09 m

A. Werkzeugeintauchen in den Boden in eine Tiefe von 1 m

Energie einer Entladung: 33,34 kJ
Folgefrequenz der Entladungen: 0,18 Hz
Beanspruchung des Werkzeugs für sein Eintauchen: 1 kN Geschwindigkeit des Werkzeugeintauchens: 40 m/h
Zeit des Werkzeugeintauchens : 0,025 h

B. Werkzeugbewegung aufwärts

Energie einer Entladung: 50 kJ
Folgefrequenz der Entladungen: 1 Hz
Schrittzahl: 6
Sonstige Daten beinhaltet die nachstehende Tabelle.

Beispiel 3

Herstellung eines zylindrischen Pfahlabschnittes mit einem Durchmesser 0,4 m, einer Höhe 1 m in einem Pilotbohrloch mit einem Durchmesser 0,13 m und einer Tiefe 1 m, das in einem tonigen Boden ausgeführt worden ist. Den Pfahl stellte man her, wie es für Fig.1 beschrieben ist.
Abbindender Baustoff: Sandzementmörtel
Intensitätsfaktor K der Speicherung von bleibenden Bodenverformungen: 0,7
Koeffizient χ, der von Bodeneigenschaften abhängt: 0,00302 Maximales Querschnittsmaß des Werkzeugs: 0,09 m
Sandzementmörteldurchsatz: 2,02 m³/h
Energie einer Entladung: 50 kJ
Folgefrequenz der Entladungen: 1 Hz
Schrittzahl: 12
Schrittgröße: 0,087 m
Anzahl der Entladungen pro einer Schritt: 16
Herstellungszeit eines Pfahlabschnittes auf einem Schritt: 0,0044 h
Herstellungszeit eines Pfahlabschnittes mit einer Länge von 1 m: 0,062 h.
Obwohl in den beschriebenen Ausführungsvarianten der Erfindung die Herstellung eines zylindrischen und eines kegeligen Pfahls behandelt wird, versteht es sich von selbst, daß die Erfindung auch zur Herstellung von Pfählen anderer Formen, z.B. Pfählen mit abgestufter Profil (d.h. aus mehreren zylindrischen Abschnitten mit verschiedenen Durchmessern bestehenden Pfählen), die in einem Boden zweckmäßig herzustellen sind, dessen eine Schicht oder mehrere Schichten eine stark verminderte Festigkeit aufweisen, sowie von zylindrisch-kegeligen Pfählen verwendet sein kann. Außerdem kann man eine Änderung eines Pfahlradius über die Pfahllänge nicht nur durch eine Änderung der Entladungsanzahl oder der Folgefrequenz der Entladungen während der Werkzeugbewegung, sondern auch durch Energieregelung einzelner Entladungen erzielen. Man kann auch die Änderung der Energie von Entladungen mit einer Änderung ihrer Anzahl bzw. Folgefrequenz kombinieren.
Die Möglichkeit, Pfähle eines beliebigen Profils in Abhängigkeit von konkreten Baustellenverhältnissen herzustellen, erlaubt die Steuerung der Trägfähigkeit eines Pfahls bei seiner Herstellung in Übereinstimmung mit physikalisch-mechanischen Bodeneigenschaften. Dank der Verankerung und der Verdichtung des Bodens um einen Pfahl herum wird eine Tragfähigkeit des Pfahls erzielt, die jene eines nach dem bekannten Verfahren hergestellten Ortpfahls um das 5- bis 6-fache übersteigt.
Die Erfindung stellt auch eine Senkung oder, falls der Pfahl unmittelbar im Boden hergestellt wird, einen vollkommenen Wegfall des Aufwandes zum Niederbringen eines Bohrlochs sicher und ermöglicht es, auf Anwendung von Verschalungsrohren und einer Tonspülung zu verzichten, d.h. die Anzahl der Arbeitsgänge zu vermindern, wodurch die Zeit der Herstellung eines Pfahls verkürzt wird.
Die Erfindung kann bei der Herstellung von Pfahlgründungen während dem Bau und der Rekonstruktion von Gebäuden und Ingenierbauwerken zur Anwendung kommen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Pfahls durch Zufuhr eines abbindenden Baustoffes (6) in den Pfahlbildungsbereich, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Zufuhr eines Baustoffes (6) in den Pfahlbildungsbereich darin elektrische Hochspannungsentladungen erzeugt werden, wobei der Bereich (7) der Baustoffzufuhr und der Entladungserzeugung über die Tiefe des Pfahlbildungsbereichs während der Bildung eines Pfahlkörpers bewegt wird und die gesamte Entladungsenergie in einer gegebenen Tiefe des Pfahlbildungsbereichs so gewählt wird, daß eine Durchmesservergrößerung des entsprechenden Abschnittes dieses Bereichs bis auf den Pfahlsolldurchmesser in dieser Tiefe gewährleistet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der abbindende Baustoff (6) einem Pilotbohrloch (1) zugeführt wird, das einen Pfahlbildungsbereich darstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der abbindende Baustoff (6) unmittelbar dem Boden zugeführt wird, der einen Pfahlbildungsbereich darstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle, wenn der Pfahl mit einem der Länge nach veränderlichen Radius hergestellt wird, man bei der Bewegung des Bereichs (7) der Baustoffzufuhr und der Entladungserzeugung die Entladungszahl so ändert, daß in einer gegebenen Tiefe des Pfahlbildungsbereichs diese Zahl zum Pfahlsollradius in dieser Tiefe direkt proportional ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle, wenn der Pfahl mit einem der Länge nach veränderlichen Radius hergestellt wird, man bei Bewegung des Bereichs (7) der Baustoffzufuhr und der Entladungserzeugung die Folgefrequenz der Entladungen so ändert, daß sie in einer gegebenen Tiefe des Pfahlbildungsbereichs zum Pfahlsollradius in dieser Tiefe direkt proportional ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl n von Entladungen in einer gegebenen Tiefe des Pfahlbildungsbereichs $n = exp \frac{r - χ ³ \sqrt{W}}{K(χ ³ \sqrt{W} {- r}_{o})}$
beträgt, wobei
r Pfahlsollradius in einer gegebenen Tiefe, m,

r_o Radius eines Pilotbohrlochs, m

W Energie einer Entladung in dieser Tiefe, J

K Intensitätsfaktor der Speicherung der bleibenden Bodenverformungen und

χ Koeffizient, der von Bodeneigenschaften abhängt, bedeuten.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (7) der Baustoffzufuhr und der Entladungserzeugung in die Bodentiefe bewegt wird, wobei die Anzahl n von Entladungen in einer gegebenen Tiefe $n = exp \frac{r - χ ³ \sqrt{W}}{K χ ³ \sqrt{W}}$
beträgt, wobei
r Pfahlsollradius in einer gegebenen Tiefe, m,

W Energie einer Entladung in dieser Tiefe, J,

K Intensitätsfaktor einer Speicherung der bleibenden Bodenverformungen und

χ Koeffizient, der von Bodeneigenschaften abhängt, bedeuten.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (7) der Baustoffzufuhr und der Entladungserzeugung in die Bodentiefe bewegt wird und nachdem eine Tiefe erreicht worden ist, die einer Ffahlsollänge entspricht, der Bereich (7) der Baustoffzufuhr und der Entladungserzeugung nach oben bewegt wird, dabei bestimmt man eine Energie W₁ einer Entladung bei der Abwärtsbewegung des Bereichs (7) der Baustoffzufuhr und der Entladungserzeugung nach dem Verhältnis $W₁ = \frac{d³f}{13,12} J$
wobei
d maximales Querschnittsmaß eines Werkzeugs, das eine Baustoffzufuhr und eine Entladungserzeugung sicherstellt, mm und

f Bodenfestigkeitszahl nach Protodjakonow bedeuten,
und die Anzahl n von Entladungen bei einer Aufwärtsbewegung des Bereichs (7) der Baustoffzufuhr und der Entladungserzeugung nach dem Verhältnis $n = exp \frac{r - χ ³ \sqrt{W}}{K(χ ³ \sqrt{W} - 0,5 d)}$
wobei
W Energie einer Entladung in einer gegebenen Tiefe bei der Aufwärtsbewegung des Bereichs der Baustoffzufuhr und der Entladungserzeugung, J,

r Pfahlsollradius in dieser Tiefe, m,

K Intensitätsfaktor einer Speicherung bleibender Bodenverformungen,

χ Koeffizient, der von Bodeneigenschaften abhängt,und

d maximales Querschnittsmaß eines Werkzeugs, das die Baustoffzufuhr und die Entladungserzeugung sicherstellt,bedeuten.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Herstellung eines kegeligen Pfahls der Bereich (7) der Baustoffzufuhr und der Entladungserzeugung mit einem Schritt Δ h bewegt wird, der durch das Verhältnis

und
ermittelt wird, wobei
b zulässige relative Abweichung vom Pfahllsollradius,

α Sollwinkel des Pfahlkegels und

r' und r'' Pfahlsollradius am vorherigen bzw. am nächsten Schritt bedeuten.
Werkzeug zur Herstellung eines Pfahls mit einem Rohr zur Zufuhr eines abbindenden Baustoffes, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich eine elektrische Entladungsvorrichtung mit koaxial angeordneten und gegeneinander verschobenen Elektroden (10, 11) enthält, von denen die erste (10) ringförmig ausgebildet und auf einem in ihrem Inneren verlaufenden Isolierstab (15) befestigt ist und die andere (11) am Ende dieses Stabs befestigt und mit einem stromführenden Stab (13) verbunden ist, der im Inneren des Isolierstabs (15) angeordnet und an die Zentralader eines Koaxialkabels (14) angeschlossen ist, dessen Schirmgeflecht an die erste Elektrode (10) angeschlossen ist, wobei der Durchmesser der zweiten Elektrode (11) größer ist als der Durchmesser des Isolierstabs (15), die erste Elektrode (10) mit dem Ende des Rohrs (3), worauf sich seine Auslaßöffnung (17) befindet, starr und derart verbunden ist, daß die Achse der ersten Elektrode (10) zur Achse des Rohrs (3) parallel ist und ein Abstand zwischen der Alslaßöffnung (17) des Rohrs (3) und der zweiten Elektrode (11) nicht kleiner ist als ein Elektrodenabstand (16).