Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vorbelasten eines
Gründungselementes, insbesondere eines Pfahls, sowie ein Ver
fahren zum Herstellen eines vorbelastbaren Gründungselements.
Das Vorspannen von Gründungselementen mit einer Druckspannung,
also das Vorbelasten eines Gründungselements, beispielsweise
Pfählen, ist dann von Vorteil, wenn die Beschaffenheit des
Baugrundes Setzvorgänge von nicht-vorgespannten Pfählen und
damit Setzvorgänge der hierauf errichteten Bauwerke erwarten
läßt. Derartige Setzungen können durch das Vorspannen der
Gründungselemente bzw. Pfähle weitgehend verhindert werden. In
geringerem Maße können bereits erfolgte Senkungen von Bauwer
ken durch das Nachspannen der Gründungselemente bzw. durch die
nachträgliche Montage nachspannbarer Pfähle sogar rückgängig
gemacht werden.
In der DE 40 05 032 C2 ist eine Vorrichtung zum Aufbringen
einer Kraft zwischen einer Bodenplatte und einem Gründungs
element, beispielsweise einem Pfahl beschrieben, bei dem in
einer Bohrung bzw. Aussparung in einer bereits fertiggestell
ten Bodenplatte ein Stützkörper angeordnet ist, durch welche
ein Druckglied ragt, das mit seinem unteren Teil mit dem Grün
dungselement in Verbindung steht und gegen den Stützkörper
abstützbar und verstellbar ist. Durch das Ausfüllen eines
zwischen dem Stützkörper und der Bodenplatte vorgesehenen
Hohlraums mit selbsterhärtendem Material soll gegenüber weite
ren bekannten Vorrichtungen, die C-förmgige Halteklammern zur
Fixierung des Stützkörpers an der Bodenplatte verwenden, er
reicht werden, daß die Kraft nicht nur einseitig bzw. an dis
kreten Stellen, sondern gleichmäßig auf die Bodenplatte über
tragen wird. Hierdurch wird insbesondere eine Verbesserung
bei dynamischen Belastungen erreicht. Des weiteren bietet die
Vorrichtung gemäß der DE 40 05 032 C2 den Vorteil, daß nur
relativ kleine Bohrungen bzw. Ausnehmungen in der Bodenplatte
vorhanden sein müssen, so daß sich diese Vorrichtung insbeson
dere auch für die nachträgliche Montage von vorgespannten
Pfählen in bereits bestehenden Bodenplatten eignet.
Nachteilig bei dieser Vorrichtung zum Aufbringen einer Kraft
zwischen einer Bodenplatte und einem Gründungselement ist je
doch, daß die Kraftübertragung mittels des im wesentlichen
rohrförmigen Stützkörpers auf die Bodenplatte im wesentlichen
auf einem Reibschluß beruht. Allenfalls eine am unteren Rand
des Stützrohrs vorgesehene Dichtlippe kann zusätzlich zur
Übertragung vertikal nach oben gerichteter Kräfte auf die
Bodenplatte dienen. Dies kann jedoch ebenfalls nur in dem
Ringraum erfolgen, der zur Verbindung des Stützkörpers mit der
Bodenplatte mit selbsterhärtendem Material aufgefüllt wurde.
Die Einleitung der Kräfte erfolgt somit ausschließlich in
einem Bereich, der erst nachträglich mit der bereits bestehen
den Bodenplatte verbunden wurde, so daß naturgemäß dieser
Bereich im Vergleich zu einer Kraftübertragung direkt auf die
bereits bestehende Bodenplatte nur geringere Kräfte aufnehmen
kann.
Darüber hinaus weist diese bekannte Vorrichtung den Nachteil
auf, daß das Druckglied über den oberen Rand der Bodenplatte
für den Vorspannvorgang hinausragen muß und demzufolge nach
dem Vorspannvorgang abgeschnitten werden muß, wenn eine ebene
Oberfläche der Bodenplatte erforderlich ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich
tung zum Vorbelasten eines Gründungselements, insbesondere
eines Pfahls zu schaffen, die das Einleiten hoher Kräfte auf
die Bodenplatte zuläßt und zudem einfach und kostengünstig
herstellbar ist. Darüber hinaus liegt der Erfindung die Auf
gabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines vorbelast
baren Gründungselements anzugeben.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der Patent
ansprüche 1 bzw. 16.
Durch den Einsatz einer unteren Pfahlkopfplatte, die über
einen Kolben mit einer Druckkraft beaufschlagbar ist und sich
in im wesentlichen vertikaler Richtung an einer oberen, in der
Bodenplatte vorgesehenen Pfahlkopfplatte abstützt, die mit
einem Kraftübertragungsrohr zur Aufnahme des Kolbens und zur
Befestigung einer Pressenkammer verbunden ist, wird erreicht,
daß das Gründungselement mit einer hohen Kraft vorgespannt
werden kann. Gegenüber der oben erwähnten bekannten Vorrich
tung erfolgt die Kraftübertragung zwischen Stützkörper und
Bodenplatte nicht praktisch ausschließlich über einen Reib
schluß, sondern in wesentlichen durch das Anliegen der Ober
seite der oberen Pfahlkopfplatte an die darüberliegende
Schicht der Bodenplatte.
Zudem erfordert die Spannvorrichtung nach der Erfindung kein
besonders ausgebildetes Druck- oder Tragglied, um die erzielte
Vorspannung nach dem Spannvorgang aufrechtzuerhalten, da hier
zu einfach der zwischen oberer und unterer Pfahlkopfplatte
entstehende Raum mit erhärtendem Material ausgefüllt werden
kann.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann das Kraftübertra
gungsrohr so lang ausgebildet sein, daß es über die Oberfläche
der Bodenplatte hinausragt und in zumindest einem Teilbereich
des überstehenden Rohrbereichs ein Außengewinde für das Auf
schrauben einer Pressenkammer vorgesehen ist. Auf diese Weise
ergibt sich für das Kraftübertragungsrohr eine besonders ein
fache Form, so daß dessen Herstellung kostengünstig erfolgen
kann.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die
Länge des Kraftübertragungsrohrs jedoch so bemessen, daß das
Rohr im wesentlichen bündig mit der Bodenplatte abschließt,
wobei in einem oberen Bereich des Rohrs ein Innengewinde für
das Aufschrauben eines Stutzens einer Pressenkammer vorgesehen
ist. Vorzugsweise weist der obere Bereich des Kraftübertra
gungsrohrs dabei einen größeren Innendurchmesser auf, der so
gewählt ist, daß die Differenz der Innenradien des oberen
Rohrbereichs und des übrigen Rohrs der Wandstärke des Stutzens
der Pressenkammer entspricht. Hierdurch wird erreicht, daß der
Kolben über seine gesamte Länge einen Durchmesser aufweisen
kann, der im wesentlichen dem Innendurchmesser des Kraftüber
tragungsrohrs entspricht, so daß der Kolben über die gesamte
Länge des Kraftübertragungsrohrs geführt werden kann. Ein
Ausknicken des Kolbens bei der Übertragung hoher Druckkräfte
wird hierdurch praktisch unmöglich.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der
Kolben zur Druckübertragung lösbar mit der unteren Pfahlkopf
platte verbunden oder liegt lediglich auf dieser auf. Die
lösbare Verbindung kann hierzu beispielsweise in Form einer
Schraubverbindung ausgebildet sein. Hierdurch ergibt sich der
Vorteil, daß der Kolben nach dem Vorspannvorgang wieder aus
dem Kraftübertragungsrohr entfernt werden kann und somit im
Fall eines mit der Bodenplatte bündigen Kraftübertragungsrohrs
keinerlei Elemente der Vorrichtung abgeschnitten werden müs
sen. Die Montage und das Vorspannen der Vorrichtung wird auf
diese Weise gegenüber bekannten Vorrichtungen wesentlich ver
einfacht.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die untere
Pfahlkopfplatte über eine Muffe mit dem oberen Ende des Trag
glieds verbunden sein, so daß gegenüber einem einfachen Auf
liegen der unteren Pfahlkopfplatte auf dem Tragglied sich
keinerlei selbsterhärtender Baustoff oder anderes Material
zwischen diesen beiden Elementen ablagern kann. Änderungen der
Vorspannung durch beispielsweise zwischen den Elementen be
findliches und plötzlich nachgebendes Material können somit
ausgeschlossen werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der
Kolben hohlzylindrisch ausgebildet sein, und im unteren Be
reich, vorzugsweise im Mantel des Hohlzylinders, Öffnungen
aufweisen, so daß nach dem Vorspannvorgang der zwischen oberer
und unterer Pfahlkopfplatte bestehende Hohlraum durch die
Einleitung von erhärtendem Baustoff oder Korrosionsschutzmasse
über den Kolben verfüllt werden kann. Zusätzliche Verfüllkanä
le oder -leitungen sind dann nicht erforderlich.
Bei der bevorzugten Ausführungsform sind in der oberen Pfahl
kopfplatte Fixierschrauben zur Arretierung der Position der
unteren Pfahlkopfplatte nach dem Vorspannvorgang vorgesehen,
wobei die Länge der Fixierschrauben so gewählt ist, daß diese
von der Oberseite der Bodenplatte her bedienbar sind. Auf
diese Weise kann nach der Einstellung einer bestimmten Vor
spannung die Position der unteren Pfahlkopfplatte schnell und
auf einfache Weise fixiert werden. Das Aufrechterhalten der
Pressenkraft solange, bis ein zwischen die obere bzw. untere
Pfahlkopfplatte eingebrachter selbsterhärtender Baustoff voll
kommen ausgehärtet ist, kann auf diese Weise umgangen werden.
Des weiteren ergibt sich hierdurch der Vorteil, daß der be
treffende Zwischenraum zwischen den Pfahkopfplatten auch mit
nicht-erhärtendem Material (Korrosionsschutz) gefüllt werden
kann und so ein Nachspannen des Pfahls auch nach längerer Zeit
möglich ist. Selbstverständlich müssen hierfür die Fixier
schrauben bzw. in geeigneter Weise ausgebildeten Fixierelemen
te entsprechend stark dimensioniert sein, so daß diese auch
eine Langzeitübertragung hoher Kräfte zwischen den beiden
Pfahlkopfplatten ermöglichen.
Das um das Tragglied herum angeordnete Fixierrohr kann zur
Verbesserung der Verbindung mit der Bodenplatte rauh oder
gewellt ausgebildet sein oder am Außenumfang entsprechende
Vorsprünge und/oder Vertiefungen aufweisen. Hierdurch kann
gewährleistet werden, daß auch nach einem Erhärten von selbst
erhärtenden Material in dem Ringraum zwischen Tragglied und
Fixierrohr höhere Haltekräfte zwischen Fixierrohr und Boden
platte entstehen als zwischen Fixierrohr und dem erhärteten
Material in dem Ringraum. Beschädigungen der Bodenplatte durch
Relativbewegungen des Fixierrohrs gegenüber der Bodenplatte
während des Spannvorgangs können somit verhindert werden.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist inner
halb des Fixierrohrs ein Gleitrohr vorgesehen, dessen Außen
durchmesser dem Innendurchmesser des Fixierrohrs entspricht.
Hierdurch wird erreicht, daß während des Spannvorgangs allen
falls geringe Reibkräfte auf die Bodenplatte übertragen wer
den, da das Gleitrohr mit nur geringer Reibung im Fixierrohr
geführt ist.
Zur Verfüllung des Ringraums zwischen Tragglied und Gleitrohr
bzw. Fixierrohr mit vorzugsweise erhärtendem Baustoff kann die
untere Pfahlkopfplatte eine oder mehrere Bohrungen aufweisen.
Selbstverständlich kann das Verfüllen jedoch auch bereits vor
dem Aufsetzen der unteren Pfahlkopfplatte erfolgen.
Die Herstellung eines entsprechenden vorbelastbaren Grün
dungselements erfolgt vorzugsweise dadurch, daß zunächst um
das bzw. die Tragglieder herum Fixierrohre und ggf. Gleitrohre
angeordnet werden, anschließend der Raum innerhalb des Fixier
rohrs bzw. des Gleitrohrs zumindest bis in Höhe des Endes des
Traggliedes vorzugsweise mit selbsterhärtendem Material ver
füllt wird, sodann die untere und obere Pfahlkopfplatte zu
sammen mit dem Kraftübertragungsrohr aufgesetzt werden und
schließlich die Bodenplatte um die montierten Teile mittels
erhärtbarem Material hergestellt wird.
Wird ein Gleitrohr innerhalb des Fixierrohrs verwendet, so
kann in vorteilhafter Weise für die Herstellung des vorbelast
baren Gründungselements Vorrichtung nach der Erfindung zu
nächst das Gleitrohr um das Tragglied herum angeordnet werden
und nach dem Verfüllen des entstehenden Ringraums zwischen
Tragglied und Gleitrohr und dem Aufsetzen der unteren Pfahl
kopfplatte eine mit dem Fixierrohr verbundene obere Pfahlkopf
platte mit Kraftübertragungsrohr aufgesetzt werden und an
schließend die Bodenplatte um die montierten Teile mittels
selbst erhärtendem Material hergestellt werden. Hierdurch
ergibt sich u. a. der Vorteil, daß ein unbeabsichtigtes Ver
schieben der oberen Pfahlkopfplatte bzw. des damit verbundenen
Kraftübertragungsrohrs gegenüber dem Fixierrohr vor bzw. wäh
rend der Herstellung der Bodenplatte vermieden wird. Weitere
Elemente oder Maßnahmen zur Fixierung der Einzelteile zuein
ander bis zur Aushärtung der Bodenplatte sind in diesem Fall
nicht erforderlich.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung darge
stellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeich
nung zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Vorrichtung nach der
Erfindung in spannungslosem Zustand (Fig. 1a) und vor
gespanntem Zustand (Fig. 1b) und
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung nach der
Erfindung in vorgespanntem Zustand.
Die Vorrichtung 1 zum Vorspannen eines nur teilweise darge
stellten Gründungselements 3 in Form eines Pfahls besteht im
wesentlichen aus einem Fixierrohr 5, einer unteren Pfahlkopf
platte 7 sowie einer oberen Pfahlkopfplatte 9, die einstückig
mit einem Kraftübertragungsrohr 11 verbunden ist. Dabei sind
die vorgenannten Elemente in eine aus erhärtbarem Material
gefertigte Bodenplatte 18 integriert.
Zur Herstellung der Vorrichtung nach der Erfindung wird zu
nächst ein Gleitrohr 13 um ein Tragglied 15 eines bereits
erstellten Pfahls 3 herum auf dem Baugrund 17 angeordnet.
Anschließend wird der Ringraum 19 zwischen Tragglied 15 und
der Innenwandung des Gleitrohrs 13 mit selbsterhärtendem Bau
stoff erfüllt.
Anschließend wird die untere Pfahlkopfplatte 7 aufgesetzt, die
beispielsweise - wie in Fig. 1 dargestellt - mittels einer an
der unteren Pfahlkopfplatte 7 vorgesehenen Muffe 7a mit dem
Tragglied 15 verbunden werden kann.
Die Länge bzw. Höhe des Gleitrohrs 13 ist dabei so bestimmt,
daß die Unterseite der unteren Pfahlkopfplatte 7 auf der obe
ren Stirnseite des Gleitrohrs aufliegt.
Anschließend wird das Fixierrohr 5 zusammen mit der oberen
Pfahlkopfplatte 9 und dem damit verbundenen Kraftübertragungs
rohr 11 aufgesetzt. Hierzu kann vorzugsweise - wie in Fig. 1
dargestellt - die obere Pfahlkopfplatte fest mit dem Fixier
rohr verbunden sein, so daß nach dem Aufsetzen des Fixierrohrs
und der damit verbundenen oberen Pfahlkopfplatte eine stabile
Lage der einzelnen Elemente gewährleistet ist.
Des weiteren sind bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungs
form der Erfindung Fixierelemente 21 in Form von in der oberen
Pfahlkopfplatte angeordneten Schrauben vorgesehen, deren Länge
so bestimmt ist, daß die Schrauben nach der Fertigstellung der
Bodenplatte 18 aus selbst erhärtendem Material von der Ober
seite der Bodenplatte 18 her zugänglich sind. Hierzu können
die Schrauben 21 beispielsweise in jeweils einem Rohr vorgese
hen sein, so daß die wenigstens im Bereich der oberen Pfahl
kopfplatte 9 mittels Gewinde 23 gehaltenen und geführten Fi
xierschrauben 21 auch nach dem Aushärten der Bodenplatte 18
frei drehbar sind. Die Fixierschrauben 21 sind dabei derart
ausgebildet, daß diese durch die obere Pfahlkopfplatte 9 hin
durch die Oberseite der unteren Pfahlkopfplatte 7 beaufschla
gen können.
Nach dem Einsetzen des die untere Pfahlkopfplatte 7 beauf
schlagenden Kolbens 25 und dem Aufschrauben einer Pressenkam
mer 27 auf ein Außengewinde 29, das an einem über die Boden
platte 18 hinausragenden Bereich des Kraftübertragungsrohrs 11
vorgesehen ist, kann dann die erforderliche Vorspannkraft F
über den Kolben 25 und die untere Pfahlkopfplatte 7 auf das
Tragglied 15 eingeleitet werden. Dabei wird das System beste
hend aus Kolben 25, unterer Pfahlkopfplatte 7 und Tragglied 15
(ggf. zusammen mit dem bereits erhärteten Material im Ringraum
19) in vertikaler Richtung solange nach unten bewegt, bis dem
System eine entsprechend große Gegenkraft entgegenwirkt. Ist
die Vorspannkraft F größer als das Eigengewicht der Bodenplat
te 18, so kann hierdurch in gewissen Grenzen sogar ein Anheben
der Bodenplatte 18 und damit ein Anheben des darauf befind
lichen Bauwerks erreicht werden.
Nach Erreichen der gewünschten Vorspannung bzw. Vorbelastung
und der damit verbundenen Stellung der unteren Pfahlkopfplatte
7 (Fig. 1b) wird diese Stellung durch das entsprechende Ein
schrauben der Fixierschrauben 21 arretiert. Anschließend kann
der zwischen oberer und unterer Pfahlkopfplatte entstandene
Raum mit erhärtbarem Material gefüllt werden, so daß nach
dessen Erhärten eine sichere Arretierung dieser Position ge
währleistet ist.
Durch das vorzugsweise Verwenden eines lösbaren Kolbens 25 er
gibt sich der Vorteil, daß für das Vorspannen mehrerer der
artiger Vorrichtungen (beispielsweise in einer einzigen Boden
platte) nur ein Kolben 25 und eine einzige Pressenkammer 27
erforderlich sind- die nacheinander für das Vorspannen aller
Vorrichtungen verwendet werden.
Wird der zwischen oberer und unterer Pfahlkopfplatte entstan
dene Zwischenraum nur mittels einer nicht erhärtenden
Korrosionsschutzmasse gefüllt, kann zudem die Vorrichtung
jederzeit in ihrer Spannung verändert werden.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung nach der Erfindung
muß der über die Bodenplatte 18 hinausragende Teil des Kraft
übertragungsrohrs 11 nach dem Fertigstellen und Vorspannen des
Systems abgeschnitten werden, falls eine ebene Oberfläche der
Bodenplatte 18 erforderlich ist.
Dieser Nachteil ist bei der in Fig. 2 dargestellten Ausfüh
rungsform beseitigt. Erreicht wird dies durch den Einsatz
eines Kraftübertragungsrohrs, dessen Länge von vornherein so
bestimmt ist, daß dieses mit der Oberseite der Bodenplatte 18
fluchtet. Im oberen Bereich weist dieses Kraftübertragungsrohr
11' einen Bereich mit größerem Innendurchmesser auf, in dem
ein Innengewinde 31 vorgesehen ist. In diesen Bereich kann der
Stutzen 33 einer entsprechend ausgebildeten Pressenkammer 27
eingeschraubt werden.
Der Stutzen 33 ist wiederum hohlzylindrisch ausgebildet, wobei
die Wandstärke des Zylinders der Differenz des größeren Innen
radius im oberen Bereich des Kraftübertragungsrohrs 11 und dem
kleineren Innenradius im übrigen Teil des Rohrs 11' ent
spricht. Hierdurch wird sowohl im Hohlzylinder des Stutzens 33
als auch im Kraftübertragungsrohr 11 eine gleichmäßige Führung
des Kolbens 25 erreicht.
Nach dem Vorspannvorgang bzw. Vorpressvorgang und dem Arretie
ren der gewünschten Stellung mittels der Fixierschrauben 21
und/oder erhärtbarem Baustoff kann dann die Pressenkammer 27
nach dem Entfernen des Kolbens 25 abgeschraubt werden, ohne
daß ein Abschneiden eines Teils der Vorrichtung erforderlich
wäre. Zudem wird hierdurch gewährleistet, daß die Vorrichtung
jederzeit nachgespannt werden bzw. in ihrer Spannung verändert
werden kann.