Die Offenbarung betrifft ein Pfahlfundamentelement, ein Pfahlfundament mit wenigstens einem solchen Pfahlfundamentelement, eine Anordnung mit einem solchen Pfahlfundament und ein Verfahren zum Fundieren eines Objekts.

Nach dem Stand der Technik werden zu fundierende Objekte in Form von Masten und Stützen meist auf Stahlbetonfundamenten fixiert und die zugehörigen Lasten werden über das Stahlbetonfundament in den anstehenden Untergrund abgeleitet. Für den Bau der Fundamente wird immer ein Erdaushub benötigt.

In steilem Gelände und je nach Hangneigung sind für die Aushübe Böschungssicherungen erforderlich, welche einen erheblichen Eingriff in die Natur darstellen. Für größere Stützen und Maste sind großflächige Fundamente zur Lastabtragung nötig, welche Unmengen an Beton und Stahlbewehrung erfordern. Da die Böschungssicherungen (z. B. Spritzbetonnagelwände) und größere Aushübe nur mit Baggern durchgeführt werden können, sind oftmals umfangreiche Bauwege und Zufahrtsstraßen erforderlich.

Als Variante der gängigen Schwergewichts-Stahlbetonfundamente werden teilweise auch Stahlbetonfundamente mit darunter liegenden Pfählen eingesetzt. Der übliche Aufbau eines solchen Stahlbau-Fundaments mit Pfählen setzt sich wie folgt zusammen:

• Der Stahlbau wird mittels einbetonierten Gewindestangen an das Fundament geschraubt.
• Am unteren Ende der Gewindestangen werden Stahlplatten geschraubt, die die Kräfte zur Bewehrung leiten.
• Der Stahlbeton leitet die Kräfte bis zu den Pfählen am Grund des Fundaments.

Der Stand der Technik weist eine ganze Reihe von Nachteilen auf:

• zusätzlicher Lasteintrag durch das Bewehrungs- und Betongewicht auf den Untergrund
• starke Eingriffe in die Natur und große Aushübe erforderlich
• überschüssiges Erdreich, welches abtransportiert und entsorgt oder vor Ort deponiert werden muss
• bei weichem Untergrund ist die Schaffung einer zusätzlichen Auflagerfläche z .B. mit einer Beton-Sauberkeitsschicht erforderlich
• großer Zeitaufwand für den Bau der Böschungssicherungen, der Spritzbetonnagelwände und der Stahlbetonfundamente
• höhere Baukosten für den Bau der Böschungssicherungen, der Spritzbetonnagelwände und der massiven Stahlbetonfundamente
• deutlich geringe Nachhaltigkeit durch den Einsatz von Beton und Zement
• Umwelteinflüsse (Frost/Tauwechsel, UV-Einwirkung, ...) lassen den Beton mit den Jahren verwittern
• geringere Lebensdauer aufgrund der Betonalterung, Entstehung von Rissen und Bewehrungskorrosion.
• Bau nur mit schwerem Gerät (Bagger, Bohrwagen) möglich - dadurch große Flurschäden
• durch den Einsatz von schwerem Gerät werden Baustraßen und Zufahrtswege erforderlich
• bei der starren und massiven Fundierung werden Barrieren für den Oberflächenwasserablauf geschaffen, wodurch konzentrierte Wasserabläufe entstehen, welche die Bodenerosion begünstigen
• nachteilige Auswirkung der massiven Böschungssicherungen und schwergewichtigen Fundamente auf die Natur und das Erscheinungsbild.
• ein späterer Abbau von derartigen Stahlbetonfundamenten nach dem Ende seiner Lebensdauer ist kaum oder nur mit einem hohen Aufwand möglich

Es ist eine Aufgabe, ein Pfahlfundamentelement, ein Pfahlfundament mit wenigstens einem solchen Pfahlfundamentelement, eine Anordnung mit einem solchen Pfahlfundament und ein Verfahren zum Fundieren eines Objekts bereitzustellen, bei welchen zumindest einiger obiger Nachteile, vorzugsweise alle Nachteile, zumindest verringert, vorzugsweise eliminiert, werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Pfahlfundamentelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Pfahlfundament mit wenigstens einem solchen Pfahlfundamentelement, eine Anordnung mit einem solchen Pfahlfundament und ein Verfahren zum Fundieren eines Objekts mit den Merkmalen des Anspruchs 15.

Das Pfahlfundamentelement weist einen Stahlrahmen, wenigstens einen Pfahl und Füllmasse auf.

Der Stahlrahmen ist (ggf. über weitere Elemente) mit einem zu fundierenden Objekt verbindbar und als Hohlkörper ausgebildet.

Der wenigstens eine Pfahl ist mit einem seiner Enden im Hohlkörper angeordnet.

Die Füllmasse wird in einem fließfähigen Zustand in den Hohlkörper eingefüllt und umgibt den wenigstens einen Pfahl zumindest teilweise und verbindet ihn mit dem Stahlrahmen, sodass am Stahlrahmen angreifende Kräfte über die verfestigte Füllmasse auf den wenigstens einen Pfahl und über diesen in den Untergrund ableitbar sind.

Außerhalb des Pfahlfundamentelements ist daher kein Beton erforderlich, wodurch die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden können.

Ein Pfahlfundament weist einen Grundkörper, mit welchem ein zu fundierendes Objekt verbindbar ist und an welchem wenigstens zwei Pfahlfundamentelementen nach der vorliegenden Offenbarung angeordnet sind.

Es ist möglich, die Geometrie des Grundkörpers, die Anordnung der wenigstens zwei Pfahlfundamentelementen am Grundkörper und die Anzahl und Ausrichtung der Pfähle der jeweiligen Pfahlfundamentelemente in Abhängigkeit vom zu fundierenden Objekt und von den Eigenschaften des Geländes, in welchem das Objekt zu fundieren ist, zu wählen.

Eine Anordnung weist ein Pfahlfundament nach der vorliegenden Offenbarung auf, wobei auf dem Grundkörper ein zu fundierendes Objekt in Form einer Stütze, insbesondere Liftstütze, oder eines Masten, insbesondere Hochspannungsmast, Oberleitungsmast bei Eisenbahnstrecken oder Handymast, aufgesetzt ist und der Grundkörper durch die wenigstens zwei Pfahlfundamentelementen mit dem Untergrund verankert ist.

Ein Verfahren zum Fundieren eines Objekts weist wenigstens folgende Schritte auf:

• Bereitstellen eines Grundkörpers wenigstens eines Pfahlfundaments nach der Offenbarung, wobei der Grundkörper eine Anzahl von Stahlrahmen aufweist
• Anordnung des Grundkörpers am oder im Untergrund
• Einbohren der Pfähle durch die jeweiligen Stahlrahmen hindurch in den Untergrund
• Einfüllen der Füllmasse in einem fließfähigen Zustand in die Hohlkörper der Stahlrahmen, so dass die Füllmasse im verfestigten Zustand zumindest den wenigstens einen Pfahl mit dem Stahlrahmen verbindet
• nach dem Verfestigen der Füllmasse Verbinden eines zu fundierenden Objekt mit dem wenigstens einen Grundkörper zum Herstellen der Anordnung nach der Offenbarung

Ein Pfahlfundamentelement, ein Pfahlfundament und eine Anordnung nach der vorliegenden Offenbarung weisen eine Reihe von Vorteilen auf:

• kein oder kaum Erd- und Felsaushub erforderlich
• geringere Eingriffe in die Natur (vor allem im Hochgebirge Vermeidung langwieriger Revitalisierungs-Prozesse der Flora und Fauna)
• Ressourcen- Schonung (Entfall Beton und Bodenaushub, Deponierung)
• zukünftig einfachere Erwirkung von (naturschutzrechtlichen) Bescheiden, keine Bauwege, Zufahrtswege, Flurschäden, ...
• bei steilem Gelände sind aufgrund des nicht notwendigen Aushubs keine Hangeinschnitte mit (Spritzbeton)Sicherungen mehr notwendig
• kein Fundamentbeton und keine Bewehrung erforderlich
• durch geringeren Materialeinsatz und der Möglichkeit, die Pfahlbohrungen auch händisch durchzuführen wird der Ort der Fundierung geländeunabhängig und die Fundierung ist problemlos auch in steilsten Abschnitten möglich
• kein überschüssiges Erdreich (im Gelände verbauen schwierig)
• Verminderung der Bauzeit (kein Beton, weniger Transporte, ...)
• keine Hebegeräte erforderlich, welche den Beton vom Flugplatz bis zum Fundament heben
• unabhängig vom Baugrund (bei herkömmlicher Betonbauweise muss oft mit Füllbeton eine einheitliche Aufstandsfläche hergestellt werden)
• Es erfolgt eine tiefreichende Fundierung. Das bedeutet, dass die Lastableitung in tiefere Bodenschichten erfolgt, und dadurch:
  • geringeres Baugrund-Risiko für den Bauherren, da durch die Anpassung der Pfahllängen die Lasten immer abgeleitet werden können
  • Unabhängigkeit vom Baugrund (Gründung funktioniert im Felsuntergrund, im nicht bindigen Lockermaterial, in bindigen Böden und in kombinierten Böden)
  • überschaubare Mehrkosten bei längeren Pfählen und Mehrinjektion bei unterschiedlichen Bodenarten
  • weniger Bauzeit-Risiko und genauere Planbarkeit
• Umwelteinflüsse (Frost/Tauwechsel, UV-Einwirkung, ...) lassen den Beton mit den Jahren verwittern, bei der betonlosen Variante ist dies nicht der Fall, daher geringerer Verschleiß und längere Lebensdauer
• Rückbau und Abbruch einfacher umsetzbar, da nur mehr der Abbruch der Pfähle erfolgen muss, um eine Stütze samt Unterkonstruktion komplett zu entfernen

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Füllmasse den Hohlkörper vollständig ausfüllt. So kann sichergestellt werden, dass eine für die Kraftübertragung ausreichende Verbindung zwischen dem wenigstens eine Pfahl und der Füllmasse einerseits sowie zwischen der Füllmasse und dem Stahlrahmen andererseits besteht.

Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Füllmasse den wenigstens einen Pfahl innerhalb des Hohlkörpers vollständig umgibt. Dies maximiert die zur Kraftübertragung zur Verfügung stehende Kontaktfläche zwischen dem wenigstens einen Pfahl und der Füllmasse.

Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Füllmasse besteht aus:

• Schwindkompensiertem Spezialmörtel
• Hochfestem Epoxidharz
• Bindemittelsuspension
• Spezialbeton

Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine sich im Hohlkörper befindende und von der Füllmasse umgebene Schraubverbindung vorgesehen ist, welche zumindest eine Mutter und ein mit dieser zusammenwirkendes Gewinde, welches zumindest in einem Endbereich des wenigstens eine Pfahls angeordnet ist, aufweist. So ergibt sich eine verbesserte kraftübertragende Verbindung zwischen Pfahl Füllmasse, weil die Schraubverbindung wie ein Anker fungiert.

Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Schraubverbindung zwei Muttern aufweist, zwischen welchen eine Pfahlplatte angeordnet ist, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass die Pfahlplatte wenigstens eine Ausnehmung zur wenigstens teilweisen Aufnahme einer der Muttern aufweist, wobei die Ausnehmung einen komplementären Querschnitt zur Mutter aufweist. So ergibt sich eine verbesserte kraftübertragende Verbindung zwischen Pfahl Füllmasse, weil die Schraubverbindung wie ein Anker fungiert.

Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Hohlkörper an seiner Oberseite durch eine Abdeckung abgedeckt ist. Eine solche Abdeckung stellt einen Witterungsschutz für die Füllmasse dar. Ist vorgesehen, dass die Füllmasse im Hohlkörper bis zur Abdeckung reicht, zum Beispiel durch vollständiges Auffüllen des Hohlkörpers mit Füllmasse, können Kräfte zwischen dem Pfählende und der Füllmasse auf die Fläche der Abdeckung verteilt werden, was einer Gefahr eines Durchstanzens des Pfählendes durch eine Oberseite der Füllmasse entgegenwirkt. Dieser Effekt würde sich ohne Abdeckung erzielen lassen, wenn der Hohlkörper an seiner Oberseite selbst geschlossen ausgebildet ist. In diesem Fall wäre allerdings ein Einbau einer Schraubverbindung von oben nicht so leicht möglich, wie wenn der Hohlkörper selbst an seiner Oberseite offen ist und erst später durch eine Abdeckung geschlossen wird.

Bei einer Ausführungsform ist ein Knickschutzrohr vorgesehen, welches den wenigstens einen Pfahl zumindest außerhalb des Stahlrahmens umhüllt.

Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass mit Hilfe einer in der Länge flexiblen Pfahlhalsrohrverstärkung die freistehenden Pfähle unabhängig von einer Hangneigung dauerhaft zusätzlich vor einem Knickversagen und vor äußeren Einwirkungen wie z. B. Steinschlag oder Lawinen geschützt werden können.

Unabhängig von der genannten Pfahlhalsrohrverstärkung könnte an einem oder mehreren Pfählen wahlweise auch ein weiteres, zusätzliches Schutzrohr zum Schutz vor äußeren Einwirkungen installiert werden.

Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass an jenem Ende des wenigstens einen Pfahls, welches sich benachbart zum Stahlrahmen befindet, eine Abdeckhaube vorgesehen ist, welche bevorzugt mit einer Korrosionsschutzmasse versehen ist.

Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Stahlrahmen einstückig ausgebildet ist, was sowohl herstellungstechnisch (z. B. mittels Gussverfahren) als auch in Bezug auf die Übertragung von Kräften vorteilhaft ist.

Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Stahlrahmen wenigstens eine Einfüllöffnung für die Füllmasse aufweist. Dies gestattet das Einfüllen der Füllmasse nach dem vollständigen Zusammenbau aller Komponenten.

Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Stahlrahmen wenigstens eine Entlüftungsöffnung aufweist. Dies gestattet ein schnelleres Einfüllen der Füllmasse, da keine Blasenbildung befürchtet werden muss.

Bei einer Ausführungsform eines Pfahlfundaments ist vorgesehen, dass die wenigstens zwei Pfahlfundamentelemente entweder einstückig mit dem Grundkörper ausgebildet sind oder mit dem Grundkörper verbunden, vorzugsweise verschweißt, sind.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass in der Mitte der Stahlgrundrahmen einen hohlen Köcher zur Aufnahme von einzelnen Stehern vorgesehen werden kann, mit Hilfe dessen Lageungenauigkeiten ausgeglichen werden und Masten fein einjustiert werden können. Nach dem Einjustieren der Steher des Masten können die Köcher in der Mitte der Stahlrahmen kraftschlüssig verfüllt werden.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass durch einen Plattenhalteschlüssel und einem Mutterdrehschlüssel die Pfahlköpfe montiert werden können. Im Zusammenspiel mit einer Pfahlplatte mit Muttereinfräsung kann der Pfahlkopf wie gewünscht gehalten und die Muttern festgeschraubt werden, ein Aufdrehen der unteren Mutter ist dabei nicht möglich.

Die Ausführungsformen können, soweit dies technisch sinnvoll ist, beliebig kombiniert werden.

Ausführungsformen werden anhand der Figuren diskutiert.

• Figur 1 zeigt eine Anordnung mit drei Pfahlfundamenten und einem über die Pfahlfundamente in einem abfallenden Gelände fundierten Objekt.
• Figur 2 zeigt eine isometrische Ansicht eines Teils eines geschnitten dargestellten Pfahlfundaments.
• Figur 3 zeigt ein Detail einer Anordnung.
• Figur 4 zeigt ein Detail zur Figur 3.
• Figur 5 zeigt ein Pfahlfundament in einer ersten Ansicht.
• Figur 6 zeigt das Pfahlfundament der Figur 5 in einer weiteren Ansicht.
• Figur 7 zeigt eine isometrische Ansicht eines geschnitten dargestellten Grundkörpers eines Pfahlfundaments.
• Figur 8 zeigt Figur 7 zeigt eine Detailansicht eines geschnitten dargestellten Grundkörpers eines Pfahlfundaments.
• Figur 9 zeigt eine Anordnung in einer ersten Ansicht.
• Figur 10 zeigt die Anordnung der Figur 9 in einer zweiten Ansicht.
• Figur 11 zeigt eine isometrische Ansicht einer geschnitten dargestellten Anordnung der Figuren 9 und 10.
• Figur 12 zeigt einen Pfahl.
• Figur 13 zeigt eine Pfahlplatte.
• Figur 14 zeigt einen Schritt in der Montage eines Pfahlkopfes in einem Stahlrahmen.
• Figur 15 zeigt einen weiteren Schritt in der Montage eines Pfahlkopfes in einem Stahlrahmen.

In allen Figuren wurde auf die Darstellung der Füllmasse verzichtet.

In Figur 1 ist schematisch eine Anordnung mit einem Pfahlfundament 1 und einem über das Pfahlfundament 1 in einem abfallenden Gelände fundiertes Objekt 3 in Form eines Masten dargestellt.

In Figur 2 ist ein Pfahlfundament mit einem Grundkörper 7 dargestellt, welcher einstückig mit mehreren Stahlrahmen 2 verbunden ist, von denen in dieser Figur drei erkennbar sind. Anders als dargestellt, könnte auch eine mehrstückige Ausbildung von Stahlrahmen 2 und Grundkörper 7 mit nachträglichem Verbinden vorgesehen sein. So wie dargestellt, teilen sich die Stahlrahmen 2 jeweils eine ihren Hohlkörper bildende Wand mit dem Grundkörper 7.

Figur 3 zeigt das Pfahlfundament mit im Untergrund 10 verankerten Pfählen und dem zu fundierenden Objekt 3.

In Figur 4 ist ein Detail der Figur 3 gezeigt. Man erkennt die Schraubverbindung mit den zweit Muttern 5, zwischen welchen eine Pfahlplatte 13 (vgl. auch Figur 13) eingeklemmt ist. Über Einfüllöffnungen 11 wurde die Füllmasse in den Hohlkörper eingebracht, Luft konnte dabei aus der Entlüftungsöffnung 12 entwichen. De Hohlkörper wird an seiner Oberseite durch eine Abdeckung 8 abgedeckt.

Die Figuren 5 und 6 zeigen ein Beispiel eines Pfahlfundaments mit vier Pfahlfundamentelementen 1, von denen jedes einen einzigen Pfahl 4 aufweist.

In Figur 7 ist eine einstückige Ausbildung von Grundkörper 7 und Stahlrahmen 2 der Pfahlfundamentelemente 1 gezeigt.

In Figur 8 zeigt die Strichlierung jenen Teil des Pfahlfundaments, welcher durch ein Pfahlfundamentelement 1 gebildet wird, abgegrenzt vom Grundkörper 7.

Die Figuren 9 und 10 zeigen eine Anordnung mit hier acht Pfahlfundamentelementen 1 in verschiedenen Ansichten. Die Figur 11 zeigt ein Detail hierzu.

Figur 12 zeigt in Isolation einen Pfahl 4 mit an einem Gewinde 6 verschraubten Muttern 5, zwischen welchen eine Pfahlplatte 13 angeordnet ist. Wie Figur 14 zeigt, ist die Pfahlplatte 13 mit einer Ausnehmung 14 versehen, welche eine zur Mutter 5 komplementäre Form aufweist.

Vor allem aus den Figuren 2, 3 und 6 geht die Möglichkeit hervor, in der Mitte der Stahlrahmen 2 einen hohlen Köcher zur Aufnahme von einzelnen Stehern vorgesehen werden kann, mit Hilfe dessen Lageungenauigkeiten ausgeglichen werden und Masten fein einjustiert werden können.

Die Figuren 14 und 15 zeigen, wie durch einen Plattenhalteschlüssel und einen Mutterdrehschlüssel die Pfahlköpfe montiert werden können. Im Zusammenspiel mit einer Pfahlplatte 13 mit Muttereinfräsung (Ausnehmung 14) kann der Pfahlkopf wie gewünscht gehalten und können die Muttern 5 festgeschraubt werden, ein Aufdrehen der unteren Mutter 5 ist dabei nicht möglich.

1

Pfahlfundamentelement

2

Stahlrahmen

3

zu fundierendes Objekt

4

Pfahl

5

Mutter

6

Gewinde am Pfahl

7

Grundkörper des Pfahlfundaments

8

Abdeckung des Hohlkörpers

9

Knickschutzrohr

10

Untergrund

11

Einfüllöffnung für Füllmasse

12

Entlüftungsöffnung

13

Pfahlplatte

14

Ausnehmung