DE3033715A1

DE3033715A1 - Verfahren zur untergrundverbesserung und dazu dienender gruendungspfahl, -anker o.dgl.

Info

Publication number: DE3033715A1
Application number: DE19803033715
Authority: DE
Inventors: Günter 5608 Radevormwald Helmdach
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-09-08
Filing date: 1980-09-08
Publication date: 1982-04-22

Description

Verfahren zur Untergrundverbesserung und dazu dienender
Gründungspfahl, -anker od.dgl..
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Untergrundverbesserung mittels im Baugrund zu errichtender Gründungspfähle, -säulen, -anker od.dgl., die durch in Bodenlöcher erfolgendes Einbringen einer aus grobkörnigen Mineralbaustoffen, wie z.B. Sand, Kies oder Schotter, und einem zugesetzten aushärtenden Bindemittel bestehenden Einfüllmasse und deren anschließende Abbindung erzeugt werden. Weiterhin betrifft die Erfindung einen entsprechend beschaffenen Gründungspfahl, -anker od.dgl..
Mangelhafte Baugrundverhältnisse bestehen in der geringen Tragfähigkeit, der großen Verformbarkeit und Gleitfähigkeit des Baugrundes unter Lasteinwirkung durch Druck-, Zug- und Querspannungen. Daher ist eine entsprechende Untergrundverbesserung in nicht tragfähigen Böden notwendig. Die Gründung von Bauwerken auf solchen Böden oder die Verstarkung vorhandener Gründungen werden nach dem Stand der Technik durch bodenverfestigende Injenktionsmittel, durch eine bodenstabilisierende Schlitzwandbauweise oder durch Bohr-, Ramm- und Injektionspfähle (Wurzelpfahle) durchgeführt.
Sofern solche Gründungspfähle, -säulen oder -anker aus Beton bestehen, kommt es bei deren Einbettung in feuchten Böden bei dynamischer Belastung des Betonpfahles in dessen unmittelbarer Umgebung durch den sogenannten Porenwasserüberdruck zu einer Bodenbereichs-Verflüssigung, die zu einem entsprechenden Lockerwerden der Betonpfähle führt. Weiterhin sind solche Betonpfähle nicht gegen Bodenbakterien und weiches, agressives Wasser gefeit, da sie dadurch mit der Zeit zersetzt werden. Schließlich erfordern BetonpfähIe in aller Regel auch eine besondere Tiefengründung, da die Lastabtragung wesentlich über die Betonpfahlspitzen erfolgt.
Weiterhin ist es zur Untergrundverbesserung bekannt, in nicht tragfähigen Böden sogenannte Sandpfähle oder Schottersäulen unterschiedlichster Dimensionen zu errichten.
Hierdurch kann die Lastabtragung teilweise bereits am Umfang der Schottersäulen bzw. Sandpfähle bewirkt werden.
Weiterhin haben solche Sand-oder Schottersäulen gegenüber herkömmlichen Beton- oder Injektionspfählen den Vorteil, daß sie infolge ihrer Korn-bzw. Schottergerüststruktur für Bodenwasser durchlässig bzw. durchströmbar sind, wodurch die Gefahr der Bodenverflüssigung durch etwa auftretenden Porenwasserüberdruck bei insbesondere bindigen, also hohen Wassergehalt aufweisenden Böden im angrenzenden Bereicht nicht mehr besteht. Jedoch kann ein Sandpfahl oder eine Schottersäule unter der Einwirkung dynamischer Belastungsmomente in einen aktiven, plastischen Zustand versetzt werden, der von der Verformbarkeit des seitlich abstützenden Bodens abhängt. Insbesondere kommt es bei einaxialer Belastung durch entsprechende Auflasten der Sand- oder Schottersäulen bei ungünstigen Bodenverhältnissen nicht selten zu einem Abscheren oder Ausbauchen im Kopfbereich der Säulen und damit zu entsprechender Senkung.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Untergrundverbesserung mittels im Baugrund zu errichtender Gründungspfähle -säulen, -anker od.dgl. zu erzielen, bei der die Vorteile der vorbekannten Gründungsverfahren gewahrt, jedoch deren vorerwähnte Nachteile vermieden werden. Diese Aufgabe wird ausgehend von dem eingangs erwähnten Verfahren, bei dem also Gründungspfähle, -säulen, -anker od.dgl.
zur Anwendung gelangen, die durch Einbringen einer aus grobkörnigen Mineralbaustoffen und einem zugesetzten aushärtenden Bindemittel bestehenden Einfüllmasse in entsprechende Bodenlöcher erzeugt werden, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Bindemittel eine zu einer offenporigen Zellstruktur aushärtende Flussigmasse, insbesondere Polyurethan verwendet wird. Als besonders vorteilhaft hat sich dafür ein aus Polyalkohol und Diisocyanat bestehendes Zweikomponenten-Polyurethan erwiesen.
Auf diese Weise kommt man zu einer Säulen- bzw. Pfahlgründung, die infolge ihrer hohlraumstatischen und elastisch verfestigten Struktur hohe Druck- und Biegezugfestigkeiten besitzt und hierdurch bei auftretenden Belastungen die Ausbauchung sowie das Abscheren dieser hinreichend festen Korn-bzw. Schottergerüste verhindert. Dabei ist zugleich wesentlich, daß es durch seine weitestgehend offenporige Struktur für Wasser hinreichend aufnahmefähig bzw. durchströmbar ist.
Dadurch gewährleistet es einen entsprechenden Drainageeffekt, wodurch Bodenverflüssigungen im Umgebungsbereich durch Porenwasserüberdruck vermieden bzw, abgebaut werden können. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der neuen Gründungssäulen, -pfähle oder -anker ist ihre große Beständigkeit gegenüber Bodenbakterien und weichem, agressivem Wasser. Schließlich besitzen sie gegenüber herkömmlichen Schotter- oder Sandsäulen eine noch größere Mantelreibung gegenüber dem Umgebungsboden, da das Bindemittel darin teilweise einzudringen vermag. Dadurch wird eine noch bessere Lastabtragung über die Mantelfläche gewährleistet, mithin die Senktgefahr wesentlich verringert, ohne daß dazu zusätzliche Tiefengründungen an den unteren Enden der Gründungspfähle, -säulen oder -anker erforderlich sind.
Das Einfüllen bzw. Einbringen der aus Mineralbaustoffen und dem Bindemittel, insbesondere Polyurethan, bestehenden Einfüllmasse in das Bodenloch kann durch praxisgerechte Installation entsprechender Leitungen, Pumpen und andere Förderorgane auf die verschiedenste Art und Weise erfolgen. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das Einfüllen des Bindemittels getrennt vom Mineralbaustoff erfolgt, insbesondere über ein in das Bodenloch einzuführendes, von den Mineralbaustoffen zu umfülllendes Rohr, das mit von unten nach oben fortschreitender Gründungspfahlbildung fortlaufend gezogen werden kann. Die Schotter-oder Sandeinbringung erfolgt zweckmäßig unter gleichzeitiger Verdichtung des Korngerüstes durch Rüttelung.
Es ist aber auch möglich, den Mineralbaustoff und das Bindemittel jeweils abwechselnd schichtweise in das Bodenloch zu füllen. Sofern dabei die Schichten nicht alzu dick gehalten werden, kommt es auch dabei zu einer innigen Verbindung des Mineralbaustoffs mit dem Bindemittel unter Beibehalt der gewünschten offenzelligen Struktur.
Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn die Mineralbaustoffüllung des Bodenlochs während des Einfüllens des Bindemittels durch Druckluft beaufschlagt wird, weil es dadurch zu einer entsprechenden Verdichtung des Zellgefüges ohne Verlust seiner durchlässigen Porenstruktur kommt.
Abweichend von den vorbeschriebenen Verfahrensweisen können die Mineralbaustoffe bzw. ihre Körner aber auch vor ihrem Einfüllen in das Bodenloch mit dem Bindemittel, insbesondere Polyurethan benetzt werden. Das erfordert aber wegen der verhältnismäßig kurzen, nur wenige bis zu 20 Minnuten dauernden Reaktionszeit ein rasches Einbringen der Füllmasse in das Bodenloch.
Je nach der im einzelnen anzuwenden Verfahrenstechnik kann die Bindemittel-Verfüllung kontinuierlich oder diskontinuierlich, eventuell bei gleichzeitigem Zug der Fülleitungen erfolgen. Durch molukulare Polyaddition entsteht in der Reaktionsphase des Polyurethans ein Schaumgerüst durch Entwicklung von Kohlendioxyd, das die weitestgehend offenporige Zellstruktur entwickelt und somit den Porencharakter der so hergestellten Säule od.dgl. gewährleistet.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin auch ein entsprechend herstellbarer Gründungspfahl, -anker od.dgl., der aus einem grobkörnigem Mineralbaustoff, wie z.B. Sand, Kies oder Schotter, und einem dazugesetzten, offenporig ausgehärtetem Bindemittel besteht, vorzugsweise Polyurethan. Ein solcher Gründungspfahl od.dgl. kann fabrikmäßig in entsprechenden Formen leicht hergestellt werden und bietet im wesentlichen die gleichen Vorteile wie die vorerwähnten, in entsprechenden Bodenlöcher errichteten Pfahl- oder Säulengründungen.
Zur Erhöhung seiner Festigkeit und besseren Verbindungsmöglichkeit mit anderen Bauteilen kann der Gründungspfahl mit einer eingebetteten Armierung aus z.B. Stahl-oder Glasfaserstäben versehen sein. Er kann weiterhin auch einen oder mehrere Längskanäle aufweisen, von denen an der Pfahlspitze gelegene Querkanäle nach außen abzeigen, um über diese Kanäle zusätzliches Bindemittel, insbesondere Zweikomponenten-Polyurethan nachfüllen zu können, wenn der Pfahl in den Baugrund bzw, Boden eingesetzt oder eingetrieben worden ist und die Pfahlsptize durch zusätzliche Verfestigung des umgebenden Bodens mittels des nachgefüllten Bindemittels eine noch bessere Verankerung im Boden erfahren soll.
Weiterhin kann der Gründungspfahl, -anker od.dgl. außen ein Schraubgewinde mit großer Steigung aufweisen, das einerseits das Einbringen bzw. Eintreiben des Pfahles erleichtert und eine größere Verankerungsfestigkeit bewirkt, andererseits durch Vergrößerung der Pfahloberfläche dessen Wasseraufnahme- bzw. Durchströmungsvermogen verbessert.
Zum gleichen Zweck können in der Außenhaut des Gründungspfahles Drainage-Bohrlöcher vorgesehen sein, die insbesondere dann vorteilhaft oder gar notwendig sind, wenn die Außenhaut des Pfahles fabrikationsbedingt im Vergleich zum Pfahl inneren verhältnismäßig dicht oder gar geschlossen ist.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie danach bzw. entsprechend herstellbare Gründungspfähle dargestellt. Dabei zeigt Fig. 1 in schematischer Darstellung eine mögliche Verfahrensweise zur Errichtung eines Gründungspfahles, Fig. 2 den im Boden fertig errichtetem Pfahl im Schnitt, Fig. 3 ein entsprechend errichtetes pfahlbündel im Schnitt und Fig. 4 einen werkstattmäßig erzeugten Gründungspfahl, wiederunm im Schnitt.
Gemäß Fig. 1 wird in dem wenig oder schlecht tragfähigen Boden 1 zunächst ein entsprechend tiefes Boden- bzw. Bohrloch 2 hergestellt, in das zur etwa notwendigen Bodenabstützung ein nicht dargestelltes Mantelrohr eingebracht werden kann, das mit fortschreitender Pfahlgründung wieder gezogen werden kann. In das Bohrloch 2 wird sodann ein Leitungsrohr 3, gegebenenfalls auch mehrere davon, eingeführt, das von dem Mineralbaustoff 4, z.B. Kies, Sand oder Schotter, mehr oder weniger hoch umfüllt wird. Danach erfolgt über h die Leitung 3 die Zufuhr des Bindemittels 5, insbesondere eines aus Polyalkohol und Diisocyanat bestehenden Zweikomponenten-Polyurethans. Letzteres durchdringt bei zunehmendem Ziehen des Leitungsrohres 3 die Mineralstoffsäule 4 und bildet zusammen mit dieser nach dem Aushärten des Bindemittels eine offenzellige, feste aber dennoch hinreichend elastische Gerüststruktur 6, die durch das bei der Reaktion freiwerdende CO2 entsteht und von unten nach oben sich fortschreitend bildet. Das reagierende Bindemittel dringt dabei, wie die Auswüchse 7 zeigen, auch teilweise in den umgebenden Boden ein, wodurch eine entsprechend vergrößerte Mantelreibung und damit eine größere Verankerungsfestigkeit zwischen der Gründungssäule 6 und dem Boden entsteht. Dieser Effekt kann noch dadurch gesteigert werden, daß der Mineralbaustoff 4 im Bodenloch durch Rütteln verdichtet und während des Einfüllens des Bindemittels durch Druckluft beaufschlagt wird, weil dann das bei der Reaktion des Polyurethans freiwerdende CO2 überwiegend gezwungen wird, seitlich in den Umgebungsboden abzuströmen und dadurch entsprechend vergrößerte Auswüchse 7 zu erzeugen. Es versteht sich, daß das für die Zufuhr des Bindemittels vorgesehene Füllrohr 3 mit fortschreitender Bildung der Gründungssäule 6 entsprechend gezogen wird, was sowohl kontinuierlich als auch schrittweise geschehen kann.
Der auf diese Weise erzeugte und in Fig. 2 abgebildete Gründungspfahl kann zufolge seiner durchlässigen Zellstruktur die durch den Porenwasserüberdruck (Pfeile 8) in der Umgebung des Gründungspfahles auftretende Feuchtigkeit gut aufnehmen, so daß er im Umgebungsboden 1 dauerhaft fest verankert bleibt. Dazu tragen auch die in dieser Fig. 2 besonders deutlich dargestellten Säulenauswüchse 7 bei, die insgesamt eine rauhe, fein verästelt in den Boden greifende Mantelfläche ergeben. Diese bewirkt auch eine gute Lastabtragung der etwa über die Auflagerplatte 9 eingeleiteten Auflast 10.
Im Falle der Fig. 3 sind mehrere auf die vorbeschriebene Weise erzeugte Gründungspfähle zu einem eine gemeinsame Trag- oder Fundamentplatte 9 tragenden Pfahlbündel vereinigt. -Diese ergeben eine besonders solide Baugründung im wenig tragfähigen Boden 1.
Der in Fig. 4 dargestellte, werkstattmäßig errichtete fertige Gründungspfahl ist grundsätzlich von der gleichen Beschaffenheit wie die vorbeschriebenen. Er besteht ebenfalls aus einem grobkörnigen Mineralbaustoff 4, wie z.B.
Kies, Schotter oder Sand einerseits und einem dazugesetzten, offenporig ausgehärteten Bindemittel, insbesondere Zweikomponenten-Polyurethan 5 andererseits, das den fest elastischen Zusammenhalt der Mineralbaustoffkörner wie aber auch die offenporige Struktur und damit die Wasseraufnahme- und -ableitfähigkeit des Pfahles gewährleisten.
Da bei der fabrikmäßigen Fertigung solche Gründungspfähle in entsprechenden Formen die Außenhaut 11 des Pfahles verhältnismäßig dicht ausfällt, empfiehlt es sich, darin an den verschiedensten Stellen besondere Drainage-Bohrlöcher 12 vorzusehen, die für eine größere Wasserdurchlässigkeit sorgen. Um das Einbringen des Gründungspfahles in den Boden zu erleichtern und zugleich seine für die Wasserdurchlässigkeit wirksame Oberfläche zu vergrößern, kann der Gründungspfahl, wie die rechte Seite der Fig. 4 zeigt, außen mit einem Schraubgewinde 13 von großer Steigung versehen sein. Dadurch kommt beim Eintreiben eines solchen Pfahles in den Boden eine entsprechende Bohrdrehung zustande.
Weiterhin kann der Gründungspfahl, wie die linke Seite der Fig. 4 zeigt, auch noch mit einer eingebetteten Armierung 14 aus z.B. Stahl- oder Glasfaserstäben versehen sein, was gleichwohl zur Erhöhung seiner Festigkeit beiträgt wie auch bessere Verbindungsmöglichkeiten mit den daran anzuschließenden Bauteilen bietet.
Um den in den Boden eingetriebenen Gründungspfahl, -anker od.dgl. noch zusätzlich in seinem Spitzenbereich fester verankern zu können, besitzt der Pfahl einer, oder mehrere Längskanäle 15, von denen im Bereich der Pfahlspitze 16 gelegene Querkanäle 17 nach außen abzweigen. Über diese Kanäle kann zusätzliches Bindemittel, insbesondere Zweikomponenten-Polyurethan, durch den Pfahl hindurch in den seine Spitze umgebenden Bodenbereich eingebracht und damit hier ein zusätzlicher Verankerungsballen erzeugt werden, der aus dem betreffenden Bodenmaterial an dieser Stelle Ufl(J dem darin hineingedrückten Polyurethan erzeugt wird.
Wie die Praxis gezeigt hat, eignet sich für die vorbeschriebenen Zwecke besonders ein Zweikomponenten-Polyurethan, das in der Reaktionsphase durch Aufschäumung eine Volumenvergrößerung von 1 : 3 bis 1 : 5 erfährt und dessen Reaktionszeit wenige bis zu 30 Minuten bei etwa 20° C beträgt. Nach etwa ein bis 2 Stunden Aushärtezeit ist die Endfestigkeit erreicht. Die vorerwähnten Zeiten können durch Zusätze von Katalsatoren auch noch entsprechend verkürzt werden.
Leerseite

Claims

Patentansprüche: rz Verfahren zur Untergrundverbesserung mittels im Baugrund zu errichtender Gründungspfähle, -säulen, -anker od.dgl., die durch in Bodenlöcher erfolgendes Ein bringen einer aus grobkörnigen Mineralbaustoffen, wie z. B. Sand, Kies oder Schotter, und einem zugesetzten aushärtenden Bindemittel bestehenden Einfüllmasse und deren anschließende Abbindung erzeugt werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Bindemittel eine zu einer offenporigen Zellstruktur aushärtende Flüssigmasse verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß als Bindemittel Polyurethan verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß als Bindemittel ein aus Polyalkohol und Diisocyanat bestehendes Zweikomponenten-Polyurethan verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Einfüllen des Mineralbaustoffes und des Bindemittels in das Bodenloch getrennt voneinander erfolgen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß das Einfüllen des Bindemittels, insbesondere des Polyurethans, über ein in das Bodenloch einzuführendes, von den Mineralbaustoffen zu umfüllendes Rohr erfolgt, das mit von unten nach oben fortschreitender Gründungspfahlbildung fortlaufend gezogen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß der Mineralbaustoff und das Bindemittel jeweils abwechselnd schichtweise in das Bodenloch eingefüllt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der in das Bodenloch einzubringende Mineralbaustoff durch Rütteln verdichtet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Mineralbaustoff-Füllung des Bodenlochs während des Einfüllens des Bindemittels durch Druckluft beaufschlagt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 5 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Mineralbaustoffe bzw. deren Körner vor ihrem Einfüllen in das Bodenloch mit dem Bindemittel, insbesondere Polyurethan, benetzt werden.
10. Nach dem Verfahren eines der Ansprüche 1 bis 9 herstellbarer Gründungspfahl, -anker od. dgl., d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß er aus einem grobkörnigen Mineralbaustoff (4), wie z. B. Sand, Kies oder Schotter, und einem dazugesetzten, offenporig ausgehärteten Bindemittel (5) besteht.
11. Gründungspfahl, -anker od. dgl. nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sein offenporig ausgehärtetes Bindemittel aus Polyurethan (5) besteht.
12. Gründungspfahl, -anker od.dgl. nach Anspruch 10 oder 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß er mit einer eingebetteten Armierung (14) aus z.B. Stahl- oder Glasfaserstäben versehen ist.
13. Gründungspfahl, -anker od.dgl. nach einem der Ansprüche 10 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daR er einen oder mehrere Längskanäle (15) aufweist, von denen an der Pfahlspitze (16) gelegene Querkanäle (17) nach außen abzweigen.
14. Gründungspfahl, -anker od.dgl. nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß er außen ein Schraubgewinde (13) mit großer Steigung aufweist.
15. Gründungspfahl, -anker od.dgl. nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 14, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß in seiner Außenhaut (11) Drainage-Bohrlöcher (12) vorgesehen sind.