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 [email protected]
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