Die Erfindung betrifft ein Fundament gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein derartiges Fundament ist aus der CH-A-333106 bekannt. Es wird dort vorgeschlagen, Pfähle in Form von Hohlprofilen mit einem inneren Erdverfestigungselement in das Erdreich einzutreiben unter Komprimierung des im Hohlprofil eingeschlossenen Erdreichs zumindest in der Endphase des Eintreibens. Das Erdverfestigungselement ist bei der bekannten Konstruktion ein plattenartiger Verschluß, der entweder fest im Inneren des Hohlprofils angeordnet ist oder während der Endphase des Eintreibens an einem Anschlag anliegt und somit erdverfestigend wirksam wird.
Der obere Teil des bekannten Verankerungsabschnitts ragt aus dem Erdreich heraus und ist zum Anschluß eines Mastes oder dergl. geeignet.
Der bekannte Pfahl läßt sich relativ einfach in das Erdreich eintreiben, wobei das im Inneren des Pfahles eingeschlossene und durch das erwähnte Erdverfestigungselement komprimierte Erdreich einen im Vergleich zu herkömmlichen Pfählen oder anderen hohlprofilartigen Fundamenten wesentlich besseren Halt im Boden gewährleistet. Das im Inneren des Pfahles eingeschlossene und in der Endphase des Eintreibens komprimierte Erdreich verleiht dem Pfahl in diesem Bereich annähernd die Charakteristik eines Vollkörper-Pfahles.
Aus « Baumaschine und Bautechnik », Band 21, Nr. 1, Januar 1974, Seiten 1-12, ist es bekannt, Mantelrohre für große Ortbetonpfähle in das Erdreich einzuvibrieren. Der Erd-Widerstandskegel ist während des Einvibrierens extrem niedrig, im vollständig eingetriebenen Zustand jedoch wesentlich höher jeweils im Vergleich zum Einschlagen bzw. zu einem eingeschlagenen Hohlprofil, so daß demgegenüber eine höhere Verankerungswirkung erreicht wird. Durch das Vibrieren dringen die relativ dünnwandigen Mantelrohre mühelos in das Erdreich ein. Die an die Wandung der Mantelrohre angrenzende Erde wird beim Einvibrieren quasi « fließend ». Nach Beendigung des Vibrierens verfestigt sich die unmittelbar an die Wandung der Mantelrohre angrenzende Erde praktisch schlagartig, wodurch ein hoher Verfestigungsgrad und damit die höhere Verankerungswirkung im Vergleich zu ins Erdreich eingeschlagenen oder dergl. Rohren erhalten wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fundament der bekannten Art dahingehend zu verbessern, daß ein noch höherer Verankerungsgrad erzielt wird.
Ferner ist Aufgabe der Erfindung ein einfaches Verfahren zur Herstellung des genannten Fundaments zu schaffen.
Hinsichtlich des Fundaments wird die gestellte Aufgabe durch die kennzeichnenden Maßnahmen des Patentanspruches 1, hinsichtlich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Maßnahmen des Patentanspruches 7 gelöst.
Durch die längs verschiebliche Lagerung des inneren gewichtigen Erdverfestigungselements wird eine ständige Einwirkung des Erdverfestigungselements auf das im Inneren des Verankerungsabschnitts eingeschlossene Erdreich erhalten, d. h. während der gesamten Dauer des Einvibrierens des Verankerungsabschnitts in das Erdreich. Man erhält auf diese Weise eine zusätzliche Verfestigung des Erdreichs über die naturgegebene Festigkeit hinaus. Dadurch erhält man eine extrem hohe Standfestigkeit des Fundaments bzw. der an den Verankerungsabschnitt des Fundaments angeschlossenen Masten, Pfeiler oder dergl. Überraschenderweise wird die durch das Einvibrieren des Verankerungsabschnitts in das Erdreich bedingte « Fließeigenschaft desselben in unmittelbarer Umgebung der Wandung des Verankerungsabschnitts durch das längs verschieblich gelagerte innere Erdverfestigungselement nicht bzw. nur unwesentlich beeinflußt. Der Erdwiderstandskegel bleibt während des Einvibrierens des Verankerungsabschnitts in das Erdreich praktisch unverändert klein.
Das erfindungsgemäß vorgesehene innere Erdverfestigungselement hat neben der erdverfestigenden Funktion zusätzlich eine stabilitätserhöhende Funktion. Der aus dem Boden herausragende Abschnitt des als Verankerungsabschnitt dienenden Hohlprofils ist aufgrund der dünnen Wandstärke desselben äußerst empfindlich gegenüber Biege- und Schwingungsbeanspruchungen. Durch das innere Erdverfestigungselement erfolgt eine Aussteifung dieses empfindlichen Abschnittes, so daß hohe Biege-und Schwingungsbelastungen aufgenommen werden können. Letztlich ist bei dem erfindungsgemäßen Fundament nicht die Wandstärke des als Verankerungsabschnitt verwendeten Hohlprofils maßgebend, sondern die durch das Hohlprofil, die im Inneren desselben eingeschlossene Erde und das Erdverfestigungselement (Betoneinsatz oder dergl.) gebildete Masse.
Modellversuche haben gezeigt, daß sich ein Verankerungsabschnitt bestehend aus einem etwa 3000 mm langen Hohlprofil mit einer Querschnittsabmessung von 600 x 600 mm und einem Gewicht von etwa 350 kg und einer Wandstärke von etwa 5 mm unter Verwendung des erfindungsgemäßen inneren Erdverfestigungselements mit einer Belastung (Gewicht des Vibrators) von nur etwa 2,5 to in das Erdreich einvibrieren läßt. Um das so ausgebildete Fundament wieder aus der Erde herauszuziehen, sind etwa 15 to erforderlich. Die Belastbarkeit eines derartigen Fundaments liegt bei etwa 25 to, d. h. bei einer vertikalen Belastung von über 25 to würde das Fundament im Erdreich weiter absinken.
Da der Mast oder Stützpfeiler oder dergl. auf dem erfindungsgemäßen Fundament befestigt wird, derart, daß der Mast, Stützpfeiler oder dergl. sich vollständig über der Erdoberfläche befindet, besteht die Möglichkeit, für den Verankerungsabschnitt (Erdteil) und den über der Erde angeordneten Teil, also Mast, Stützpfeiler oder dergl., verschiedene Materialien zu verwenden. Für den Mast oder dergl. kann ein Material verwendet werden, das beständig ist gegenüber Luftkorrosion, jedoch nicht beständig sein muß gegenüber « Erdkorrosion •. Umgekehrtes gilt für den Verankerungsabschnitt. Ein Stahlmast oder -pfeiler oder dergl. ist vorzugsweise aus dem unter dem Warenzeichen « Corten » bekannten Kohlenstoffstahl hergestellt, der sehr billig und gegenüber Luftkorrosion sehr beständig ist, nicht dagegen gegenüber Erdkorrosion (Erdsäuren).
Aufgrund der äußerst schonenden, an sich bekannten Einbringung des Verankerungsabschnitts in das Erdreich mittels Vibration können für den Verankerungsabschnitt sehr dünnwandige Hohlprofile aus verzinktem Stahlblech verwendet werden. Dadurch, daß die unmittelbar an die Wandung des Hohlprofils angrenzende Erde beim Einvibrieren sehr locker bzw. praktisch fließend wird, wird die Zinkschicht nicht beschädigt. Anders würde es sich beim Einhämmern von Verankerungsprofilen in das Erdreich verhalten. Der Oberflächenabrieb ist bei dieser Einbringungsmethode sehr hoch.
Abhängig von den Erdqualitäten werden natürlich die Materialien und Blechdicken für den Verankerungsabschnitt gewählt.
Zur Verfestigung der den Verankerungsabschnitt aussen umgebenden Erde kann zusätzlich ein äußeres Erdverfestigungselement im oberen Teil des Verankerungsabschnitts - vorzugsweise von dessen oberem Ende etwas beabstandet - vorgesehen sein, wobei dieses nach Art eines ringförmig nach außen vorspringenden Kragens (Flansch) ausgebildet ist. Auch dieses äußere Erdverfestigungselement kann zur Erzielung einer noch höheren Erdverfestigung am Verankerungsabschnitt längs verschieblich angeordnet und mit einem großen Gewicht beschwert sein, so daß eine Verfestigung des den Verankerungsabschnitt unmittelbar umgebenden Erdreichs während der gesamten Dauer des Eintreibens bzw. -vibrierens des Verankerungsabschnitts erfolgt.
Vorzugsweise beträgt das Verhältnis von (Länge des Verankerungsabschnitts) zu (äußerem Durchmesser eines rohrförmigen Verankerungsabschnitts bzw. größter Breite eines Verankerungsabschnitts mit eckigem, vorzugsweise quadratischem Querschnitt) zu (Wandstärke des Verankerungsabschnitts) etwa (1000-5000 mm): (200-1 500 mm) : (2,0-10,0 mm, insbesondere 2,0-6,0 mm). Dieses Verhältnis zeigt, welch geringe Wandstärke der Verankerungsabschnitt des erfindungsgemäßen Fundaments bei extrem hoher Stabilität im Erdreich aufweist. Der Materialeinsatz ist äußerst gering und die Einbringung in das Erdreich unproblematisch.
Die erfindungsgemäß ausgebildeten Fundamente eignen sich u. a. auch als provisorische Abstützung für schwere Baugeräte, Krane, Bagger, etc., in unwegsamem Gelände. Die Fundamente lassen sich sehr schnell setzen bzw. errichten (ca. 50-90 Sek. pro Fundament) und zwar mit relativ leichtem Baugerät oder sogar aus der Luft. Die Errichtung betonierter Standflächen für schwere Krane oder dergl. wird dadurch entbehrlich. Auch die Entfernung der erfindungsgemäßen Fundamente ist sehr einfach und insbesondere umweltfreundlich.
Hinsichtlich des Verfahrens zur Errichtung erfindungsgemäß ausgebildeter Fundamente wird auf die Ansprüche 7 und 8 verwiesen, wobei das anwendungsspezifische Verfahren nach Anspruch 8 sich als besonders wirkungsvoll erwiesen hat. Der aus der Beton- oder Asphaltdecke ausgeschnittene Beton- oder Asphaltblock kann zur Erhöhung der erdverfestigenden Wirkung während des Einvibrierens des Verankerungsabschnitts zusätzlich beschwert werden mittels eines weiteren bereitgehaltenen Betonblocks oder dergl.
Vorteilhaft ist bei dem Verfahren nach Anspruch 8 auch noch die Führungsfunktion des Trennschnitts in der Beton- oder Asphaltdecke für den Verankerungsabschnitt sowie die stabilisierende Wirkung der Beton- oder Asphaltdecke um den Verankerungsabschnitt herum.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 8 können zur Erstellung des Hallenbodens auch große Baugeräte eingesetzt werden, die zumindest nicht durch vorher gesetzte Fundamente behindert werden. Es ist eine äußerst zügige und exakte Bearbeitung des Hallenbodens möglich.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen :
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 besteht das Fundament für einen Mast oder dergl. aus einem Verankerungsabschnitt 2 in Form eines Vierkant-Hohlprofils jeweils gleicher Kantenlänge. Der Verankerungsabschnitt 2 ist in das Erdreich etwa vertikal einvibriert. Am oberen Ende des Vierkant-Hohlprofils ist ein äußeres Erdverfestigungselement in Form eines Kragens 4 vorgesehen. Der Kragen 4 ist eine Blechkonstruktion mit einem Umfangsflansch 6 und an der Unterseite desselben angeschweißten Winkelblechen 7, wobei insgesamt vier Winkelbleche vorgesehen sind, die im Bereich der Mittellinien der vier Seiten des Hohlprofils angeordnet sind, derart, daß sie über den Umfang des Hohlprofils gleichmäßig verteilt sind. Die jeweils oberen, sich waagrecht erstreckenden Schenkel der Winkelbleche 7 sind an der Unterseite des Umfarigsflansches 6 angeschweißt, während die anderen, sich etwa vertikal erstreckenden Schenkel der Winkelbleche 7 an der äußeren Mantelfläche des Hohlprofils bzw. Verankerungsabschnitts 2 befestigt, vorzugsweise ebenfalls angeschweißt, sind.
Im Inneren des Verankerungsabschnitts 2 ist ein Erdverfestigungselement in Form eines Betoneinsatzes 3 längs verschieblich angeordnet, so daß es während des gesamten Einvibrierens auf das von unten her in das Innere des unten offenen und gezahnt ausgebildeten Verankerungsabschnitts 2 eindringende Erdreich einwirkt. Am oberen Ende des Verankerungsabschnitts 2 ist eine Entlüftungsöffnung 11 vorgesehen, durch die während des Einvibrierens die oberhalb des inneren Betoneinsatzes 3 vorhandene Luft entweichen kann, gegebenenfalls mit während des Einvibrierens entstehendem Betonstaub. Das untere Ende des Verankerungsabschnitts 2 ist, wie bereits ausgeführt, gezahnt bzw. gezackt ausgebildet (vier Zacken an den vier Ecken des Verankerungsabschnitts), um einen minimalen Erd-Widerstandskegel zu erhalten und damit den Erdwiderstand beim Einvibrieren zusätzlich zu reduzieren. Das Gewicht des Betoneinsatzes 3 beträgt zwischen etwa 100 kg bis etwa 300 kg. Dies ist u. a. abhängig von der Bodenbeschaffenheit. Der in die Erde eingetriebene bzw. einvibrierte Verankerungsabschnitt 2 besteht aus hochkorrosionsbeständigem Stahl, z. B. Chromstahl, der auch gegenüber Erdsäuren etc. beständig ist. Der über der Erdoberfläche angeordnete Mast oder dergl. besteht vorzugsweise aus einem luftkorrosionsbeständigem Material, u. a. auch Holz.
Die inneren und äußeren Erdverfestigungselemente 3 und 4 haben neben ihrer erdverfestigenden Wirkung zusätzlich den Vorteil, daß eine erhöhte Knickfestigkeit des Fundaments im oberen Anschlußbereich für den Mast, Stützpfeiler oder dergl. erzielt wird. Insgesamt stellt sich das beschriebene Fundament als äußerst stabil gegenüber Schwingungen, Biegebeanspruchungen sowie Zug- und Druckbelastung dar.
Vorzugsweise ist der Verankerungsabschnitt 2 aus ferritischem Chromstahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und mit oder ohne Molybdän-Zusatz hergestellt.
Das Verhältnis « äußerer Durchmesser des Kragens 4 zu « Kantenlänge des Verankerungsabschnitts 2 liegt zwischen etwa 2 : 1 und 4 : 1.
Bei hohlzylindrischer Ausführung des Verankerungsabschnitts 2 kann der Außenmantel desselben mit sich schraubenförmig erstreckenden Nuten oder Rippen versehen sein, die beim Einvibrieren des Verankerungs-abschnitts in die Erde eine Drehbewegung desselben um die Längsachse bewirken. Durch diese Drehbewegung wird der in Fig. 1 dargestellte gezahnte untere Rand des Verankerungsabschnitts 2 nach Art einer Säge wirksam.
Bei einem konkreten Ausführungsbeispiel beträgt bei einer Länge des Verankerungsabschnitts 2 von 1 000-5 000 mm die Kantenlänge ca. 200-1 500 mm und die Wandstärke etwa 2-10 mm, vorzugsweise 3-6 mm.
Das Gesamtgewicht des Fundaments nach den Fig. 1 und 2 bewegt sich zwischen etwa 100 bis 2000 kg, je nach Länge, Querschnitt und Blechstärke des Verankerungsabschnitts.