Ortbeton-Bohrpfähle

Das Problem

Hohe Bau-werkslasten

SchwierigerBaugrund

Gebäude im Nah-bereich vonBaugruben

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Der Standort eines Bauwerkes hing infrüheren Zeiten maßgeblich vom ge-eigneten Baugrund ab. Heute bildenschwierige Bodenverhältnisse odereine bestehende Bebauung bis an dieGrundstücksgrenze kein Hindernismehr. Ob es um die wirtschaftlich opti-male Nutzung des Grundstückes geht,um die Trassierung von modernen Ver-kehrswegen durch schwieriges Ge-lände oder ob der teure Baugrund einemaximale Ausnutzung erfordert – derplanende Ingenieur hat es immer häu-figer mit Problemen dieser Art zu tun:- Das Bauwerk kann nicht flach ge-

gründet werden, da die zu erwarten-den Verformungen (Setzungen) zu

groß sind, oder der Boden aufgrundder großen Belastung (durch Grund-bruch) ausweichen würde.

- Große Einzellasten müssen in denBaugrund eingeleitet werden.

- Der Baugrund ist kontaminiert (Alt-lastenproblematik).

- Die Baugrube im Nahbereich vonBebauungen muss verformungsarmausgebildet werden, um die Stand-sicherheit der Nachbarbebauungnicht zu beeinträchtigen (Gelände-bruch, Grundbruch).

- Die Baugrube ist im Grundwasser zuerstellen.

Titelseite:Tunnel - Baustelle in Lugano, Schweiz

Rückseite:Links oben: Herstellung einer Bohrpfahlwand für die BMW-Welt, München

Rechts oben: EUROVEA International Trade Center in Bratislava, Slowakei

Links unten: Bohrpfahlgründung für das Tampa Museum ofArt, USA

Rechts unten: Herstellung von Bohrpfählen im Fels für einenNeubau SWR in Stuttgart Pasing Arcaden, München

Die Lösung

Tiefgründungdes Bauwerks

Baugruben-verbau mitBohrpfählen

Tiefgründung

Die Aufgabe, Lasten bei ungünstigenBaugrundverhältnissen bauwerksverträg-lich in den Baugrund einzuleiten, kannauf verschiedene Art gelöst werden:Einerseits kann die Tragfähigkeit desBodens durch BaugrundverbesserndeMaßnahmen erhöht werden, z. B. durch- Bodenaustausch nicht tragfähiger,

oberflächennaher Schichten- Konsolidierung des Bodens durch

statische Vorbelastung oder Vertikal-drains

- Bodenverfestigung durch Injektionen,Tiefenrüttler oder Schotterpfähle.

Andererseits können die Lasten z. B.unter Verwendung von Massivbauele-menten in tieferliegende, tragfähigereBodenschichten eingeleitet werden.Als Massivbauelemente werden zudiesem Zweck Bohrpfähle ausgeführt.Alternative Bauweisen können sein:- Schlitzwandelemente- MlP-Pfähle (Mixed-in-Place)- Stabverpresspfähle- Rüttelortbetonpfähle.Für alle alternativen Bauweisen sindSonderprospekte von Bauer Spezial-tiefbau verfügbar.

Verbau

Die Aufgabe, einen verformungsarmenBaugrubenverbau im Nahbereich vonBebauung oder eine wasserdichteBaugrube herzustellen, kann auf ver-schiedene Art gelöst werden.

Zumeist werden zur Lösung dieser Auf-gaben Bohrpfahlwände hergestellt.

Bohrpfähle

Die Verwendung von Bohrpfählen stelltin den meisten Fällen die wirtschaft-lichste Lösung dar, da diese in unter-schiedlichsten Durchmessern (300 mmbis 1.800 mm), variablen Bohrtiefen (bis70 m) und Neigung (bis zu 1:4) optimalfür die Belange des Bauwerks bzw. fürdie Baugruben ausgeführt werden kön-nen. Die Flexibilität des Bohrpfahlsmacht diesen zu einem Massivbauele-ment, das annähernd allen Gründungs-problemen gerecht wird.Je nach Tragverhalten unterscheidetman zwischen Pfählen, die die Lastüberwiegend über Mantelreibung, undPfählen, die die Last größtenteils überdie Pfahlspitzen in den Baugrund ein-leiten. Bohrpfähle werden aufgrundstatischer Erfordernisse als Einzelpfahl,Pfahlgruppe oder Pfahlwand (über-schnitten, tangierend, aufgelöst mitund ohne Ausfachung) ausgeführt.

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“Mantelreibungs”-Pfahl

Einzelpfähle Pfahlgruppen

Pfahlbock Pfahlwand

“Spitzendruck”-Pfahl

Die Verfahren

Ortbeton-pfähle

Im Detail unterscheiden sich die ein-zelnen Verfahren in der Bohrart (Grei-ferbohrung, Drehbohrung, Spülboh-rung), der Sicherung der Bohrloch-wand (mit Bohrrohr, ohne Bohrrohr,trocken, mit Wasserüberdruck, mitStützflüssigkeit) und der Art des Beto-nierens (Schüttbeton, Pressbeton). Die einzelnen Verfahrensschritte kön-

nen untereinander teilweise kombiniertwerden. Die Pfahlherstellung bestehtim Wesentlichen aus drei Schritten:Bohren, Bewehren, Betonieren. Die Wahl des Verfahrens richtet sichnach dem anstehenden Baugrund,den technischen Bedingungen der je-weiligen Baustelle und der Wirtschaft-lichkeit.

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Reichenbachbrücke, München

Flughafen Wien, Österreich

Wedding Towers, Moskau, Russland

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Hauptanwendungsgebiete:In allen BodenartenBei beengten Platzverhältnissen

Standard Ortbetonpfahl

Eindrehen und Ein-drücken der Bohr-rohre mit dem Dreh-antrieb.

Bohrgutförderungdurch Werkzeuge ander Kellystange. Boh-rung durch Verroh-rung geschützt.

Einbau des Bewehrungs-korbes.

Betonieren desPfahls, bei Rückbauder Bohrrohre mitdem Drehantrieb.

Fertiger Pfahl

Kelly-Drehbohrena) verrohrte Bohrung

Besonderheiten:Bohren ohne ErschütterungenHohe Bohrleistung durch Eindrehen der Rohre mit dem DrehantriebBei größeren Durchmessern und Tiefen Eindrehen der Verrohrung auch mit Verrohrungsmaschine mög-lichÜbliche Bohrdurchmesser 600 - 1.800 mmÜbliche Bohrtiefe bis 40 m, größere Tiefen sind möglich

Beton

b) hydraulisch gestützte Bohrung Hauptanwendungmerkmale:

In allen Bodenarten, bei großen Pfahldurchmessern und Pfahltiefen

Standard Ortbetonpfahl

Eindrehen des Standrohres

Aushub unter Stütz-flüssigkeit. Förderndes Bohrgutes durchBohreimer an derKelly. HydraulischeBohrlochstützung

Einbau des Beweh-rungskorbes nachReinigen der mitBoden aufgelade-nen Stützflüssigkeit

Betonieren desPfahls, bei gleich-zeitigem Verdrän-gen der Stützflüs-sigkeit

Fertiger Pfahl

Besonderheiten:Bohren ohne ErschütterungenVerrohrung entfälltStandrohr im KopfbereichBohrlochstabilisierung durch Stütz -flüssigkeiten wie Bentonit- oder PolymersuspensionenBohrdurchmesser ca. 400 - 2.400 mmÜbliche Bohrtiefen bis 40 m und tieferNur Vertikalpfähle

Beton

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Hauptanwendungsmerkmale:In allen BodenartenBei beengten Platzverhältnissen

Schnecken-Ortbeton-Pfahl (SOB-Pfahl)

Eindrehen der lan-gen Schnecke bisEndteufe

Einpressen vonBeton durch dasSchneckenrohr beigleichzeitigem Ziehender Schnecke ohneDrehbewegung

Einvibrieren oderEindrücken des Bewehrungskorbesmit Abstandshaltern

Fertiger Pfahl

Besonderheiten:Hohe LeistungsfähigkeitDie Bewehrung wird, soweit erforder-lich, nach dem Betonieren einge -drückt oder einvibriertBohrdurchmesser 400 - 1.000 mmÜbliche Bohrtiefe bis 18 m

Hauptanwendungsgebiete:In allen BodenartenBei beengten Platzverhältnissen

Doppelkopfdrehbohren

Eindrehen von Bohr-rohr und Schneckemit zwei gegenläufi-gen Drehantrieben

Einpressen vonBeton durch dasSchneckenrohr beigleichzeitigem Ziehender Schnecke unddes Bohrrohres

Einsetzen des Be-wehrungskorbes indie mit Beton ge-füllte Bohrung

Fertiger Pfahl

Besonderheiten:Keine ErschütterungenGleichzeitiges Eindrehen von Schne-cke und Bohrrohr mit zweigegen- läufigen DrehantriebenGeringer Abstand zu Gebäuden erfor-derlichÜbliche Bohrtiefe bis 15 mBohrdurchmesser 620 - 880 mm (DKS)

Doppelkopf-Drehbohren

Rüttler

Rüttler

Schnecken-Ortbetonpfahl

Betonpumpe

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Hauptanwendungsgebiete:In kontaminierten Böden zur Ver-meidung der BohrgutentsorgungIn beengten Verhältnissen, z. B. GleisbauIn weichen Böden

Verdrängerpfahl

Einrichten am Bohrpunkt

Eindrehen und- drücken des Bohrwerkzeugs

Kellyverlängerung nachfassen. Abbohren bis auf Endtiefe

Kontinuierliches ziehen und drehen während dem Betoniervorgang

Nachträglicher Einbau des Bewehrungskorb mit Zusatzkran

Besonderheiten:Hohe Tragfähigkeit durch hoch ver-dichteten MantelbereichVermeidung von Bohrguthohe LeistungsfähigkeitBohrdurchmesser 420, 510, 610 mmBohren ohne ErschütterungBohrtiefe bis 34 mReduzierter Betonverbrauch im Ver-gleich zu Schneckenortbetonpfählen

Verdränger-pfahl

Pumpe

Greifer-bohrenverrohrt

Hauptanwendungsgebiete:Böden wie Sande und Kiese, die andie Verrohrungstechnik erhöhte An-forderungen stellenWenn der Einsatz von Fallmeißelnzum Zertrümmern von Fels undSteinen wirtschaftlich sinnvoll ist

Besonderheiten:Systembedingte Erschütterungen erfordern Mindestabstände zu be-stehenden BauwerkenÜbliche Bohrdurchmesser ca. 620 - 2.000 mmÜbliche Bohrtiefe bis 50 m

mit Seilbaggern und Verrohrungsmaschinen

Oszilierendes Ein-drücken der Bohr-rohre mit der Ver-rohrungsmaschine

Gleichzeitiges För-dern des Bohrgu-tes mit dem Greifer

Einsetzen des Be-wehrungskorbes indie vom Bohrrohrgestützte Bohrung

Betonieren desPfahls mit Schütt-rohr. Ziehen derBohrrohre mit Ver-rohrungsmaschine

Fertiger Pfahl

Beton

Planungs-hinweise

Baugrund

Der Baugrund ist vor Beginn der Bohr-arbeiten nach DIN 1054 zu erkunden.Durch Probebohrungen und Sondie-rungen sind Bodenschichtung undGrundwasserverhältnisse zu ermitteln.Empfohlen werden Aufschlussbohrun-gen bis ca. 6 m unter die geplanteGründungssohle der Tiefgründung.Nach diesen Ergebnissen können diePfähle dimensioniert und das Bohrver-halten festgelegt werden.

Bemessung vonPfählen

Für die Bemessung von Pfählen mussder Nachweis der inneren und äußerenTragfähigkeit erbracht werden. DerMindestdurchmesser ergibt sich aufder Grundlage der DIN 1045 aus demNachweis der inneren Tragfähigkeit.Diese hängt vom Betonquerschnittund Bewehrungsgrad ab.Der Nachweis der äußeren Tragfähig-keit ergibt auf Grundlage der EN 1536(alt: DIN 4014) die Mindesteinbinde-länge in den tragfähigen Boden alsFunktion der Lasten, des Pfahldurch-messers und der bodenspezifischenTragwerte (Mantelreibung, Spitzen-druck).

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Tiefgarage Strasbourg Passages del’Etoile

Projekt Mixed-Use-Development in Abu Dhabi, VAE

Verbesserungder Trag-fähigkeit

Pfahlmantel-verpressung

Durch die Mantelverpressung wird derBoden im Schaftbereich verdichtet undeine intensive Verzahnung zwischenPfahlbeton und Boden erzielt. Dadurchkann die Mantelreibung und damit dieTragfähigkeit des Pfahles je nach Bo-denart beträchtlich gesteigert werden.

Pfahlfußverpressung

Die Pfahlfußverpressung ist als Ergän-zung der Pfahlmantelverpressung an-zusehen. Die Kontaktzone zwischenPfahlfuß und Boden wird mit Zement-suspension verpresst. Die unvermeid-bare Auflockerung der Bohrlochsohlewird dadurch rückgängig gemacht. EinTeil der zu erwartenden Setzungenwird durch die Verpressung vorweg-genommen.

Vorbereitende Maßnahmen für dieAusführung von Pfahl-gründungsarbeiten

Pfahlgründungen und Pfahlwände be-dürfen der behördlichen Genehmigung.Vor der Pfahlproduktion sollte recht-zeitig das geräumte Baufeld freigege-ben werden. Beispiele für Vorerkun-dungsmaßnahmen können die Suchenach Kanälen, Leitungen, Kabeltras-sen, sonstigen Einbauten oder altenBauwerksfundamenten, historischenwertvollen Funden oder Kampfmittelsein. Die Freigabe der Baustelle kanndurch den Versorgungsträger, denBauherren, das Landesamt für Denk-malpflege oder den Kampfmittelräum-dienst erfolgen. Außerdem muss einausreichend tragfähiges Planum fürdas Bohrgerät zur Verfügung stehen.

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Verpressschläuche zur Mantelverpressung Bauer Lift-Cell zur Vorspannung der Pfahlsohle

100 % Spitzendruck max. Spitzendruck einesunverpressten Pfahls im Sand bei einer Setzungvon s = d/10 (d = Pfahldurchmesser)

100 % Mantelreibung max. Mantelreibung einesunverpressten Pfahls im Sand

Spitzendruck (%)

Set

zung

(mm

)

unverpresster Pfahl

verpresster Pfahl

unverpresster Pfahl

verpresster Pfahl

Mantelreibung (%)

Set

zung

(mm

)

Pfahlprobe-belastungen

Die wirtschaftlichste Bemessung einesBohrpfahles kann aufgrund eines Belastungsversuches erfolgen. Einebaustellenbezogene Pfahlbelastungmacht sich im Allgemeinen nur beigrößeren Bauvorhaben bezahlt. Auf-grund der von uns in den letzten Jah-ren durchgeführten zahlreichen Pfahl-belastungsversuche sind wir in derLage, Bohrpfähle in den unterschied-lichsten Bodenarten mit größtmögli-cher Wirtschaftlichkeit zu bemessen.In den untenstehenden Diagrammensind Ergebnisse eines Pfahlversuchesbeispielhaft angegeben.

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Pfahltest in Zelteinhausung bei Daun in der Eifel

Pfahltest in Rotterdam-Maasvlakte für E.ON Kohlekraftwerk

Kraftverlauf und Mantelreibungs-Setzungs-Diagramm eines Pfahles Ø 1.180 mm im Seeton, steif, mit 5 m Einbindung in Moräne

Kraftverlauf über die Tiefe Mantelreibungs-Setzungslinien

Pfahlmantelverpresst

Pfahlfußverpresst

hydraulischesDruckkissen

Set

zung

Seeton

Mantelreibung

MoräneMantel-verpresst

Qualitäts-sicherung

Die Pfahlproduktion erfolgt mit qualifi-ziertem Personal, dessen Kenntnis-stand durch firmeninterne Schulungenund Qualitätsaudits ständig überprüftund erweitert wird. Um die Sicherheitauf der Baustelle und eine optimaleProduktion zu gewährleisten, werdenalle eingesetzten Bohrgeräte und Werk- zeuge regelmäßig überprüft. Die ein-gesetzten Baustoffe werden aufgrundder statischen und verfahrenstechni-schen Belange ausgewählt, um dasProdukt mit gewünschter Qualität zuerstellen.

Die Herstellung von Pfählen wird ge -mäß EN 1536 (alt: DIN 4014) doku-mentiert. Bei der Produktion vonSchneckenortbetonpfählen (SOB), Vor-der-Wand-Pfählen (VdW) und Mixed-in-Place-Pfählen (MIP) werden die pro-duktionsrelevanten Parameter demGerätefahrer angezeigt und durch einevon Bauer Spezial tiefbau entwickelteDatenerfassungsanlage gesammelt.Die gesammelten Messwerte werdenim PC verfahrenstechnisch ausgewer-tet und normgerecht dargestellt. Beiden übrigen Verfahren erfolgt die Do-kumentation nach Norm durch denBohrmeister.

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BAUER Spezialtiefbau GmbHBAUER-Straße 186529 SchrobenhausenTelefon: +49 8252 97-0Telefax: +49 8252 97-1496BST@bauer.dewww.bauer.de