Vergleich der Tragfähigkeit unterschiedlicher Pfahlsysteme

GRUNDBAU
GmbH
Vergleich der Tragfähigkeit
unterschiedlicher Pfahlsysteme
Dipl.-Ing. Werner Brieke,
FRANKI Grundbau GmbH
Vortrag anläßlich des Pfahlsymposiums 1993 in Braunschweig
Überreicht durch
FRANKI Grundbau GmbH
Hittfelder Kirchweg 24 – 28
21220 Seevetal
V 02
Vergleich der Tragfähigkeit unterschiedlicher Pfahlsysteme
Vergleich der Tragfähigkeit
unterschiedlicher Pfahlsysteme
Dipl.- Ing. W. Brieke
FRANKI Grundbau GmbH
Zusammenfassung
Die Herstellungsverfahren und möglichen Maßnahmen zur Traglaststeigerung für die
Pfahlsysteme FRANKIPFAHL, Atlaspfahl und VB-Pfahl werden beschrieben. An einigen Beispielen ausgeführter Probebelastungen werden die erreichten Tragfähigkeiten erläutert und verglichen.
Herstellungsverfahren
FRANKIPFAHL (Ortbetonrammpfahl mit Fuß)
Das Herstellungsverfahren ist in Bild 1 dargestellt. In Abhängigkeit von den verschiedensten Randbedingungen können folgende Varianten bezüglich des Pfahlfußes und -schaftes
ausgeführt werden:
Pfahlfuß:
• ausgerammter Pfropfen als normaler Fuß
• ausgestampfter großer bis übergroßer Fuß
• Baugrundverdichtung im Fußbereich durch zusätzliches
Ausstampfen von Kies oder Schotter
Pfahlschaft:
•
•
•
•
•
Herstellung aus weichem Beton der Konsistenz KR
Herstellung durch Ausstampfen von erdfeuchtem Beton
mit Stahlhülse ummantelt
aus vorgefertigtem Stahlbetonelement
Einbringung eines Dichtungskörpers um den Pfahlschaft bei Gründungen in
kontaminierten Böden
• Baugrundverdichtung im Schaftbereich durch zusätzliches Ausstampfen von
Kies oder Schotter
1
Werner Brieke
GRUNDBAU
GmbH
Ziehen des
Vortreibrohres
Vortreibrohr
Nachfüllen von Beton
Rammbär
Ziehen bei der
Fußausbildung
Pfropfen aus
Beton oder
aus Kies
GW
Nicht tragfähiger Boden
Einbau des
Bewehrungskorbes
Nachfüllen
von Beton
Rammen auf
den Pfropfen
Stets wasserdichter
Abschluß durch
den Pfropfen
Verdrängung
des Erdreichs
Tragfähiger Boden
Ausstampfen
des Fußes
Verdichteter
Baugrund
Bild 1: Herstellungsverfahren des FRANKIPFAHLS
Durch Kombination einzelner Varianten ist eine optimale Anpassung des Pfahles an den
Baugrund, die Umweltbedingungen und an die erforderliche Tragkraft möglich.
Mit Hilfe der zusätzlichen Baugrundverdichtung bzw. einer größeren Fußausbildung ist
es möglich, die Tragfähigkeit eines Pfahles deutlich zu steigern, wobei gleichzeitig der
Pfahl in geringerer Tiefe und damit meistens auch in weniger tragfähigen Böden abgesetzt werden kann. Daraus ergibt sich in vielen Fällen ein deutlicher wirtschaftlicher Vorteil.
Am Beispiel einer Probebelastung auf einer Baustelle in Berlin soll die Traglaststeigerung
der beiden Varianten verdeutlicht werden (Bilder 2 und 3 ).
Zur Bemessung der Tragfähigkeit von FRANKIPFÄHLEN wird üblicherweise die geleistete Rammarbeit auf den letzten 2 bzw. 4 Rammetern zugrundegelegt (Bild 4 ). Die Pfähle
P 1 und P 2 (Durchm. 420 mm) wurden bewußt schon in einer Tiefe abgesetzt, wo erst
ein Bruchteil der erforderlichen Normarbeit erzielt worden war. Bezogen auf das 2 m Rammkriterium betrug der Anteil beim Pfahl P 1 nur 65 % und beim Pfahl P 2 nur 52 %
der für eine Gebrauchlast von Q = 1,35 MN erforderlichen Normrammarbeit.
Die zugehörigen Probebelastungsergebnisse bestätigen die nach dem Rammkriterium
zu erwartende zulässige Pfahltragfähigkeit in Höhe von 700 kN für P1 und 600 kN für P2.
Die Pfähle P 5 und P 6 (Durchm. 500 mm) wurden in unmittelbarer Nachbarschaft von
P 1 und P 2 mit ähnlichen Absetztiefen hergestellt. Der Anteil der Normrammarbeit lag
mit 61 % für P 5 und mit sogar nur 47 % für P 6 auf sehr niedrigem Niveau. Diese Werte
bestätigen die lockere Lagerung der anstehenden Feinsande im Fußbereich. Um nun
eine deutliche Traglaststeigerung der Pfähle zu erreichen, wurde beim Pfahl P 5 im Tiefenbereich zwischen 8 m und 11 m eine zusätzliche Baugrundverbesserung in Form einer
Kiesvorverdichtung ausgeführt. Dabei wurde nach Erreichen der Endrammtiefe der Pfropfen aus dem Rohr geschlagen, das Rohr anschließend um 3 m gezogen und dabei gleich-
2
Vergleich der Tragfähigkeit unterschiedlicher Pfahlsysteme
DS 4
31.05
B5
30.95
H
1,1
B6
31.54
5
H, F
1,2
1,9
1,8
P1 genormte Rammschläge n
MN/m²
10
10
20
30
40
P2
50
10
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
6,5
20
30
40
fS
fS
3,5
WK
4,6
5,0
fS
5,3
WK
6,6
7
6,6
8
fS,
mS
Erforderliche Rammschläge n :
Σ 2 m = 125 Schläge
für Q = 1.350 kN
9
fS,
ms
9,8
10,0
10
mS,
gs
P1
11,8
n
mS,
gs,
g
Σ 2m
12,6
P2
n
%
81 65 65 52
bis 25 m Tiefe
qs ~ 5 bis 10
mS
BV Berlin, Am Tegeler Hafen
Probebelastungen an FRANKIPFÄHLEN Ø 420 mm
15,0
15,0
%
15,0
Belastung [kN]
300
600
900
1.200 1.500 1.800
P1 :
ØF ~ 87 cm
sbl ~ 87 x 2,5% ~ 22 mm
Qg ~ 1.400 kN
10
QP1 ~ 700 kN
14,97
Setzung [mm]
18,29
20
P2 :
sb ~
l
20 m
m
sb ~
l
22 m
m
ØF ~ 81 cm
sbl ~ 81 x 2,5% ~ 20 mm
Qg ~ 1.200 kN
QP2 ~ 600 kN
30
37,47
40
P2
51,80
50
P1
Bild 2: Probebelastungsergebnisse zweier FRANKIPFÄHLE bei deutlicher Unterschreitung
des Rammkriteriums und ohne zusätzliche Maßnahmen zur Traglaststeigerung
3
Werner Brieke
GRUNDBAU
GmbH
zeitig Kiesmaterial am Rohrfuß ausgestampft. Danach wurde das Rammrohr wieder um
2 m in den mit Kies vorverdichteten Bereich hinunter gerammt, wobei jetzt etwa eine Verdopplung der Rammarbeit gegenüber der ersten Niederrammung zu beobachten war.
Die anschließende Fußausbildung erfolgte mit dem Pfropfenbeton (V = 0,25 cbm) als
normaler Fuß.
33.00
P5
genormte Rammschläge n
10 20 30 40 50 60
P6
10
20
30
40
DS 4
B5
31.05
30.95
H
B6
31.54
5
MN/m²
10
H, F
1,1
1,2
1,9
1,8
fS
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
fS
3,5
WK
4,6
5,0
7
7
5,3
3 m Rohr ziehen
WK
6,6
8
8
6,6
9
10
fS,
mS
9
3,0 m
fS
11
fS,
ms
9,8
2 m Wiedereinrammen
Abrammen bis 11 m Tiefe
10,0
mS,
gs
P5
Q = 1.600 kN → erf n = 125/2 m
11,8
n
mS,
gs,
g
Σ 2m
12,6
bis 25 m Tiefe
qs ~ 5 bis 10
mS
15,0
15,0
15,0
300
600
900
%
P6
n
%
76 61 59 47
BV Berlin, Am Tegeler Hafen
Probebelastungen an FRANKIPFÄHLEN Ø 500 mm
1.200 1.500 1.800 2.100 2.400 2.700 3.000 3.300 3.600 3.900 4.200 Belastung [kN]
5,17
5,50
P5 : Ø ~ 86 cm
F
10
sbl ~ 86 x 2,5% ~ 21,5 mm
15,88
Qg ~ 4.200 kN
20
QP5 ~ 1/η x 4.200 ~ 2.100 kN
21,87
sbl ~ 2
1,5
26,31
mm
30
P5
sbl ~ 33
mm
P6 : ØF ~ 132 cm
sbl ~ 132 x 2,5% ~ 33 mm
40
P6
Qg ~ 4.000 kN
QP6 ~ 1/η x 2.000 kN
50
Setzung [mm]
Bild 3: Probebelastungsergebnisse eines FRANKIPFAHLS mit übergroßem Fuß und eines
FRANKIPFAHLS mit zusätzlicher Baugrundverbesserung durch Kiesvorverdichtung
4
Vergleich der Tragfähigkeit unterschiedlicher Pfahlsysteme
Druckpfähle
Außen Ø
Vortreibrohr
NormBärgewicht
Pfahldruckkraft
[mm]
[t]
[kN]
420
2,20
900
1200
1350
75
100
125
500
3,00
1000
1350
1600
560
3,75
610
4,50
Zugpfähle
[kN]
Anzahl d. Rammschläge bei 6,5 m
Normfallhöhe in
tragfähigen Böden
150
190
240
320
400
150
200
250
75
100
125
150
190
300
400
500
150
200
250
1250
1700
2000
75
100
125
150
190
380
500
630
150
200
250
1400
1850
2250
75
100
125
150
190
430
570
710
150
200
250
Anzahl der Rammschläge
bei 6,5 m Normfallhöhe
für die letzten Rammeter
2m
4m
Pfahlzugkraft
Bild 4: Zulässige Pfahllasten und zugehörige Rammschläge (Rammarbeit)
Im Vergleich hierzu erhielt der Pfahl P 6 als traglaststeigernde Variante einen übergroßen
Fuß, d.h. es wurden insgesamt 1,2 cbm Beton für den Pfahlfuß ausgestampft.
Die Probebelastungen dieser Pfähle lieferten Gebrauchslasten von Q = 2,1 MN für P 5
und Q = 2,0 MN für P 6. Sie bestätigen die deutliche Traglaststeigerung beider Varianten
in einem Baugrund, der ohne diese Maßnahmen erheblich größere Pfahllängen bzw. eine
starke Reduzierung der zulässigen Pfahllast erfordern würde.
Die Bemessung der Pfahlfußgrößen in Abhängigkeit von der Tragfähigkeit und der erreichten Rammarbeit erfolgt nach den Bildern 5a und 5b.
Welche hohen Pfahltragfähigkeiten mit einer entsprechenden Fußausbildung erzielt werden können, wird am Beispiel der Pfahlgründung für ein PKW-Werk in Rastatt verdeutlicht. Alternativ zur ausgeschriebenen Bohrpfahlgründung mit Pfahllängen bis zu 20 m
wurden FRANKIPFÄHLE mit einem großen Pfahlfuß ausgeführt bei Rammtiefen geringer als 10 m.
Die Ergebnisse der Probebelastung an einem FRANKIPFAHL (Durchm. 610 mm) mit einem vergrößerten Fußvolumen von 1,5 cbm und einer Rammtiefe von 8 m sowie die vorhandene Baugrundsituation zeigt Bild 6.
Bei der maximalen Versuchslast von fast 10 MN betrug die Pfahlkopfsetzung nur ca.
13 mm.
Um Aufschlüsse über die Lastabtragungsmechanismen Mantelreibung und Spitzendruck
zu erhalten, wurde in den Probepfahl ein 5-fach Extensometer der FMPA Stuttgart eingebaut.
5
Werner Brieke
GRUNDBAU
GmbH
Spitzendruck im Bruchzustand σSF (MN/m²)
15
14
Spitzendruck im Bruchzustand aus 80 Probebelastungen
als Grundlage für das Bemessungsdiagramm
13
zul QS = σSF (bF2 · π/4)/η;
12
η=2
11
10
9
8
Norm - Rammarbeit für Lotpfähle
7
Rohr Ø Bärgewicht Pfahllast Rammarbeit
[kN]
[MNm]
[kN]
[cm]
6
5
4
2
1
0
0,4
0,5
0,6
0,7
R = 0,3
= Norm - Rammarbeit - Anteil
qS =
42,0
50,0
56,0
61,0
Pfahlspitzendrücke im Bruchzustand,
die dem Bemessungsdiagramm mit
dem Sicherheitsfaktor η = 2
zugrunde liegen
3
0,8
0,9
1,0
5
7,5
10
= MN/m² (Sondierspitzendruck nach DIN 4094)
12,5
1,1
1,2
1,3
1,4
15
22,0
30,0
37,5
45,0
1.350
1.600
2.000
2.400
17,88
24,38
30,47
36,57
1,5
17,5
Bild 5 a: Empirische Grundlage für Bemessungsdiagramm in Bild 5b
Bemessungsdiagramm für die Pfahlfußverbreiterung
3,0
Anwendungsbedingungen für das
Bemessungsdiagramm:
Bemessungsbeispiel:
2,5
Betonvolumen für Fußverbreiterung V (m³)
1. Für die Einbindung in den tragfähigen Boden bis zu 2 m bleibt
die Mantelreibung unberücksichtigt
zul Q ≈ zul QS
Vortreibrohr Ø 61cm:
zul Q = 3.000 kN
erreichte Rammarbeit = 19,75 MNm
Norm - Rammarbeit - Anteil R =
19,75
= 0,54
36,57
2. Ermittelt für Rohrhub von 80 cm
und einschließlich Pfropfenbeton
V = 1,95 m³
2,0
1,95
Ø Fuß bF =
6 · 1,95
= 1,68 m
π · 1,32
gemäß Anwendungs-
3. Der maßgebende mittlere Spitzendruck muß 1,0 m über und 1,5 m
unter Rammtiefe vorhanden sein
bedingung Nr. 5
4. Bei Einbindelängen l O > 2,0 m in
den tragfähigen Sand kann positive
Mantelreibung zu zul Q addiert
werden: zul QS = τmf · b · π (lO - 2)
1,5
R = 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
τmf = 20 25 30 35 40 45 50 kN/m²
1,0
5. Ø Fuß bF =
6·V
π·H
(zul QS) = 4.000 kN
0,5
(zul QS) = 3.000 kN
(zul QS) = 2.000 kN
(zul QS) = 1.600 kN
(zul QS) = 1.000 kN
0,4
0,3
0,2
0,1
0
qS =
7,5
5
10
12,5
15
17,5
20
22,5
= MN / m² (Sondierspitzendruck nach DIN 4094)
R = 0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,13
1,09
1,06
1,03
1,01
0,99
0,98
0,97
0,96
0,95
= Norm - Rammarbeit - Anteil
H = 1,40
1,34
1,28
= Fußhöhe (m)
1,22
1,17
zur Berechnung von bF gemäß Anwendungsbedingungen Nr. 5
Bild 5 b: Ermittlung des Fußvolumens für FRANKIPFÄHLE in Abhängigkeit von der
Rammarbeit und der zulässigen Pfahllast in nichtbindigen Böden
6
Vergleich der Tragfähigkeit unterschiedlicher Pfahlsysteme
Die gemessenen Mantelreibungswerte und die Splittung der Lastanteile in Spitzendruck
und Mantelreibung zeigt Bild 7.
Bodenprofil
DPH
Versuchspfahl F1: Widerstands - Setzungs - Linie
10 20 30 40 50 60 70
1
2
G, s
1,0
1,6
2,0
S, g
U, fs
3
4
5
1
7
8
9
Ø 610
[MN]
Setzung über Nacht (10,5 h)
4
3,8
2. Lastzyklus
4
5
6
6
3. Lastzyklus
7
8
-8,0
70´
50´
8
10
9
40´
V = 1,5 m³
45´
55´
10
12
11
65´
12
12,0
U, fs
10
2
2
3
G, s
6
1. Lastzyklus
14
13
s [mm]
14
15
15,0
S, mg, fs
Probebelastung FRANKIPFAHL Ø 610 mm.
Neues PKW-Werk Mercedes Benz, Rastatt.
Gebrauchslast Q = 3.500 kN.
16
Bild 6: Probebelastungsergebnisse an einem FRANKIPFAHL (Durchmesser 610 mm)
DPH
10
20
5-fach Extensometer
30
GOK
G, s
1,0
1,6
2,0
S, g
U, fs
1
2
4
7,4 m
3
3,8
5,9 m
4,4 m
2,4 m
1,4 m
Bodenprofil
Mantelreibung
[kN/m²]
50 100 150 200 250 300 350 400
0,4
Q = 4.000 kN
5
1,4
4
2,9
3
4,4
2
5,9
1
7,4
Q = 8.000 kN
5
6
G, s
7
8
9
12,0
Last
Mantel- Spitzenreibungs- druckkraft
kraft
Anteil
Mantelreibung
Anteil
Spitzendruck
10
[kN]
[kN]
[%]
[%]
11
2.000
1.400
600
70
30
4.000
2.180
1.820
55
45
8.000
2.815
5.185
35
65
12
[kN]
Bild 7: Verlauf der Mantelreibung entlang des Pfahlschaftes und Splittung der Lastanteile
Spitzendruck und Mantelreibung
7
Werner Brieke
GRUNDBAU
GmbH
Atlaspfahl
Wie der FRANKIPFAHL gehört auch der Atlaspfahl zu den Vollverdrängungspfählen. Er
wird deshalb der zur Zeit überarbeiteten DIN 4026 in der Untergruppe Schraubpfähle
zugeordnet (zukünftig DIN V 4026 - 500).
Das Verfahren arbeitet erschütterungsfrei, so daß dieses Pfahlsystem auch unmittelbar
neben bestehenden Bauwerken oder erschütterungsempfindlichen Anlagen eingesetzt
werden kann.
Bei der Herstellung des Atlaspfahls (Bild 8 a und 8 b) wird ein Stahlrohr, das am unteren
Ende einen Schneidkopf mit einem eingängigen Schraubenflügel besitzt, mit einem leistungsstarken Drehbohrantrieb bei gleichzeitigem vertikalen Anpreßdruck in den Boden
gedreht. Der Schneidkopf ist unten durch eine verlorene Fußspitze wasserdicht verschlossen.
Das aufgebrachte Drehmoment und der Anpreßdruck können gemessen und mit den
Baugrundaufschlüssen (Sondierungen) verglichen werden. Nach Erreichen der Solltiefe
wird der Bewehrungskorb eingesetzt, das Rohr und der oben aufgesetzte Vorratsbehälter
mit weichem Beton gefüllt. Durch rückwärtiges Drehen und Ziehen des Rohres löst sich
die Fußspitze, und der austretende Beton füllt den vom Schneidkopf geformten Hohlraum. Bedingt durch den eingängigen Schraubenflügel am Schneidkopf erhält der fertige Pfahlschaft einen umlaufenden, wendelförmigen Betonwulst, so daß das Aussehen
des fertigen Pfahles dem einer Holzschraube gleicht.
Herstellungsverfahren
1
2
3
5
4
Beton
nicht
tragfähiger
Baugrund
tragfähiger
Baugrund
GW
Bodenverdrängung
und
-verdichtung
Bild 8 a: Herstellungsverfahren beim Atlaspfahl
8
verlorene
Fußspitze
Vergleich der Tragfähigkeit unterschiedlicher Pfahlsysteme
Atlasgerät
8:1
7:1
Schneidkopf
Pfahl
Ds
Db
<
= Db+10 cm
Pfahlmessungen
GRUNDBAU
GmbH
Ausgegrabener Atlaspfahl
Pfahl-Nenn-Ø in cm
41
46
51
56
Ds in mm
410
460
510
560
Db in mm
510
560
610
660
1.000
1.200
1.400
1.600
zulässige Belastung in kN
Ausführungen bei begrenzter Bauhöhe sind mit Spezielgerät möglich.
Angaben dazu auf Anfrage
Bild 8 b: Atlasgerät und freigelegter Pfahl
Der Durchmesser des Pfahlschaftes ist abhängig von der Größe des austauschbaren
Schneidkopfes. Nenndurchmesser und zugehörige übliche Pfahltragfähigkeiten sind in
Bild 8 b dargestellt. Die äußere Form des Pfahls verdeutlicht, daß seine Tragwirkung im
wesentlichen durch Mantelreibung gekennzeichnet ist.
Das Eindrehen des Schneidkopfes in den Boden erfordert wegen der damit verbundenen Verdrängung und Verdichtung des Bodenmaterials sehr große Drehmomente. Das
Atlas-Gerät ist deshalb in der Lage, ein Drehmoment bis zu 400 kNm aufzubringen.
Um die Verdichtungswirkung des Herstellverfahrens im Boden der Pfahlumgebung aufzuzeigen, wurden auf einer Baustelle in Berlin Drucksondierungen vor und nach der Pfahlherstellung in verschiedenen Abständen zur Pfahlachse durchgeführt. Der Baugrund bestand unterhalb einer Auffüllung und Weichschicht ab ca. 4 m Tiefe aus mitteldicht
gelagerten Sanden.
Bild 9 zeigt die Ergebnisse der Drucksondierungen in Abständen von 0 bis 3 m vor der
Pfahlachse. Die Sondierung bei 0 m repräsentiert die ursprüngliche Lagerungsdichte im
Boden vor der Pfahlherstellung. Die Sondierungen in 0,5 m bis 3 m Abstand von der
Pfahlachse verdeutlichen den Einflußbereich der Bodenverdichtung. Noch in 1 m Entfernung von der Pfahlachse wurde eine Erhöhung des Sondierspitzendruckes im Sand von
ca. 70 % gemessen.
9
Werner Brieke
GRUNDBAU
GmbH
Sondierspitzendruck qc [MN/m²]
10
A
H
fS,
mS
9,25
Ø 46 / 56
20
10
20
30
10
20
10
20
10
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
3
3
3
3
3
4
4
4
4
4
5
5
5
5
5
6
6
6
6
6
7
7
7
7
7
8
8
8
8
8
9
9
9
9
9
10
10
10
10
10
11
11
11
11
11
12
12
12
12
12
13
13
13
13
13
14
14
14
14
14
20
Tiefe [m]
Abstand von
der Pfahlachse:
0,5 m
0m
1,0 m
2,0 m
3,0 m
Bild 9: Einflußbereich der Bodenverdichtung beim Atlaspfahl in sandigem Baugrund
Das Ergebnis einer Probebelastung in diesem Baugrund enthält Bild 10.
Zum Vergleich ist auch die Widerstands - Setzungs - Linie dargestellt, die sich nach
DIN 4014 für einen Bohrpfahl mit gleichem Außendurchmesser ergibt. Während der Bohrpfahl eine Grenzlast von ca. 2 MN aufweist bei einer zugehörigen Setzung von von 56 mm,
zeigt der Atlaspfahl bei einer maximalen Versuchslast von 3,4 MN lediglich eine Setzung
von 31 mm.
Auch dieser Vergleich verdeutlicht, wie sich Bodenförderung oder vollständige Bodenverdrängung bei der Pfahlherstellung auf die Tragfähigkeit des Pfahlsystems auswirken.
0
+ 33,3 m üNN
5
σS [MN/m²]
10
15
1.000
1.400
2.000
3.000
3.500 Q [kN]
5,7 mm
A A
2,8
H
10
4,1
5
20
fS,
mS
10
30,8 mm
30
s [mm]
14,2
15
Ø 46 / 56
Bild 10: Probebelastungsergebnis eines Atlaspfahls
10
Rechnerische
Widerstands - Setzungs - Linie
für einen Bohrpfahl Ø 56 cm
nach DIN 4014
Vergleich der Tragfähigkeit unterschiedlicher Pfahlsysteme
VB-Pfahl
Der VB-Pfahl ist eine Betonpfahl nach DIN 4014, der mit einer durchgehenden Bohrschnecke mit großem Zentralrohr hergestellt wird. Der Herstellungsablauf ist in Bild 11
dargestellt.
Beton
Beton
Verpreßlanzen
mit Verpreßanlage
GW
GW
nicht
tragfähiger
Baugrund
tragfähiger
Baugrund
1 Niederbringen
2 Einbau des
des
Bohrrohres
3 Betonieren
Bewehrungskorbes, wahlweise mit Verpreßlanzen
des
Pfahlschaftes
4 Betonieren
und Ziehen
des Bohrrohres
5 Fertiger
VB-Pfahl
Alternativ:
Aufsprengung
des jungen Betons
und Zementverpressung des
Mantelbereiches
Bild 11: Herstellungsverfahren eines VB-Pfahls
Zur Steigerung der Tragfähigkeit kann dieses Pfahlsystem entweder einen zusätzlich ausgestampften Pfahlfuß nach dem FRANKI - Verfahren erhalten bzw. es kann eine Nachverpressung im Mantel- und/oder Fußbereich erfolgen.
Die typischen Regellasten für VB-Pfähle ohne zusätzliche Maßnahmen und solche mit
Mantelverpressung zeigt Bild 12.
Pfahldurchmesser
Regelbelastung
[mm]
[kN]
420
520
560
640
800
1.100
1.400
1.600
Regelbelastung mit
Mantelverpressung
1.000
1.400
1.900
2.300
Die angegebenen Lasten sind Anhaltswerte und im Einzelfall anhand
des Baugrundes zu überprüfen
Bild 12: Regelpfahllasten von VB- Pfählen und VB-Pfählen mit Mantelverpressung
11
Werner Brieke
GRUNDBAU
GmbH
Vergleichende Probebelastungsserie zwischen einem FRANKIPFAHL ,
VB -Pfahl, VB - Pfahl mit ausgestampftem Fuß und VB -Pfahl mit Mantelverpressung
Für die Gründung des Pressehauses am Baumwall von Gruner & Jahr in der Innenstadt
von Hamburg wurde aufgrund der anstehenden Baugrundverhältnisse eine Pfahlgründung
erforderlich.
Für die abzutragenden Pfahllasten von bis zu 1800 kN waren FRANKIPFÄHLE (Durchm.
420 mm) und VB-Pfähle (Durchm. 560 mm) vorgesehen. Letztere sollten in einen 15 m
breiten Randbereich der Baumaßnahme ausgeführt werden, um Erschütterungseinflüsse
auf die benachbarte Bausubstanz im zulässigen Rahmen zu halten. Sollten wider Erwarten Einsprüche der Nachbarn gegen die Rammpfahlgründung erhoben werden, waren dafür alternativ VB-Pfähle mit ausgestampftem Fuß oder VB-Pfähle mit Mantelverpressung vorgesehen.
Zur Klärung des Widerstands - Setzungs - Verhaltens der geplanten Pfahlsysteme wurden
vor Beginn der Baumaßnahme Probebelastungen durchgeführt. Wegen des möglichen
Einsatzes der verschiedenen Pfahlsysteme im selben Bauwerk war die Forderung einzuhalten, daß die Setzungsdifferenzen zwischen allen genannten Pfahlsystemen bei einer Gebrauchslast von 1.800 kN nicht mehr als 8 mm betragen durften.
Die Ergebnisse der Probebelastungen, die Pfahlgeometrien der verschiedenen Pfähle
und die Baugrundverhältnisse zeigt Bild 13.
Die Forderung nach einer maximalen Setzungsdifferenz von ∆s = 8 mm zwischen den
verschiedenen Pfahlarten bei der Gebrauchslast von 1.800 kN wurde eingehalten.
Es wird aber auch deutlich, welche Unterschiede bezüglich Pfahllänge und Schaftdurchmesser erforderlich sind, um bei den verschiedenen Pfahllasten ein etwa gleichartiges
Setzungsverhalten in den geforderten Grenzen zu erreichen.
Wegen der erheblichen wirtschaftlichen Vorteile einerseits und keiner Einsprüche aus
der Nachbarschaft andererseits konnte die Gründung des Bauwerkes mit FRANKIPFÄHLEN in den geplanten Bereichen ausgeführt werden.
Schlußbemerkung
Die beschriebenen Pfahlsysteme aus den Gruppen der Verdrängungspfähle und Bohrpfähle weisen systembedingte Unterschiede im Widerstands - Setzungs - Verhalten auf.
Eine Erhöhung der Pfahltragfähigkeit und/oder eine Reduzierung der Pfahllänge kann
durch verschiedene Zusatzmaßnahmen erreicht werden.
Dadurch ist es möglich, eine Pfahlgründung optimal an die Forderungen hinsichtlich Baugrundsituation, abzutragende Pfahllasten, Wirtschaftlichkeit und Umweltbedingungen
anzupassen.
12
0
10
qs [MN/m²]
20
+ 3,50 m NN
2
3
4
0
1.000
2.000
1.800
VB-Pfahl mit Mantelverpressung
VB-Pfahl mit Fuß
S, x
VB-Pfahl
FRANKIPFAHL
Klei
Bauschutt
H
Probepfähle
1
5
fS
ms, su
8,5 m
3.000
3.150
0
Q [kN]
0
2
2
4
4
6
6
8
8
10
10
12
12
14
14
16
16
18
18
20
20
22
22
24
24
26
26
28
28
30
30
s [mm]
1 FRANKIPFAHL
1.000
2.000
1.800
0
s [mm]
3.000
3.150
Q [kN]
2 VB - Pfahl
Ø 42 cm
mS
fs
10
10,5 m
0
Ø 56 cm
15 m
15
Ø 56 cm
2.000
3.000
3.150
0
Q [kN]
0
2
2
4
4
6
6
8
8
10
10
12
12
14
14
16
16
18
18
20
20
22
22
24
24
26
26
28
28
2.000
3.000
3.150
Q [kN]
30
30
s [mm]
1.000
1.800
0
3 VB - Pfahl mit Fuß
20
Tiefe [m]
Bild 13: Vergleich der Probebelastungsergebnisse verschiedener Pfahltypen auf der
Baustelle Gruner & Jahr, Hamburg
s [mm]
4 VB - Pfahl mit Mantelverpressung
13
Vergleich der Tragfähigkeit unterschiedlicher Pfahlsysteme
13 m
mS
fs, gs
1.000
1.800
Ø 56 cm