Pfahlgründung: Eignung, Klassifizierung und Konstruktionsmerkmale
Eignung der Pile Foundation:
Pfahlgründungen werden unter folgenden Bedingungen eingesetzt:
(i) Wenn der Boden in Bodennähe oder in angemessener Tiefe zu weich oder locker ist.
(ii) Wenn die Lasten so hoch sind, dass nicht genügend Planfläche vorhanden ist, um die Größe des erforderlichen Fundaments zu berücksichtigen.
(iii) Wenn große seitliche Belastungen auf das Fundament wirken.
(iv) Pfahlgründungen werden verwendet, wenn erwartet wird, dass die Konstruktion in Aufbautürmen und unterirdischen Strukturen unter dem Wasserspiegel große Auftriebslasten trägt.
(v) Ein Pfahlfundament wird verwendet, wenn das Fundament geneigten Lasten, exzentrischen Lasten und Momenten ausgesetzt ist.
Klassifizierung von Pfählen:
Stapel werden wie folgt klassifiziert:
(a) Einstufung basierend auf Materialien und Zusammensetzung:
(i) Holzpfähle:
Holzpfähle werden aus Baumstämmen hergestellt und sind gut gewürzt, gerade und frei von Mängeln. In Indien bestanden hauptsächlich Holzstämme aus Sal-Baumstämmen. Diese Pfähle sind in Längen zwischen 4 und 6 m erhältlich. Holzpfähle werden dort eingesetzt, wo eine gute Lagerschicht in relativ geringer Tiefe verfügbar ist.
(ii) Betonpfähle:
Betonpfähle werden entweder vorgefertigt oder in situ gegossen. Fertigteilpfähle werden am Gießstand gegossen und ausgehärtet und anschließend zum Einbau zum Standort transportiert. Diese Pfähle sind mit den Beanspruchungsbeanspruchungen zusammen mit den Arbeitsbelastungen ausreichend verstärkt. Fertigteile sind normalerweise für kurze Längen geeignet. In-situ-Pfähle werden hergestellt, indem ein Loch in den Boden gebohrt und das Loch anschließend mit Beton gefüllt wird, nachdem die Bewehrung platziert wurde.
(iii) Stahlpfähle:
Stahlpfähle bestehen üblicherweise aus gewalzten H-Profilen oder dicken Rohrabschnitten. Diese Pfähle werden verwendet, um großen Aufprallbeanspruchungen standzuhalten und wo eine geringere Verteilung beim Fahren erwünscht ist. Im Allgemeinen werden Stahlspundbohlen und H-Pfähle verwendet, um die offenen Aushubarbeiten zu unterstützen und eine Sickerungsbarriere bereitzustellen.
(iv) Verbundpfähle:
Ein Pfahl, der aus zwei Materialien wie Beton und Holz oder Beton und Stahl besteht, wird als Verbundpfahl bezeichnet. Verbundpfähle werden in Situationen verwendet, in denen ein Teil des Haufens permanent unter Wasser steht. Der Teil des Pfahls, der sich unter Wasser befindet, kann aus unbehandeltem Holz bestehen und der andere Teil kann aus Beton sein.
(b) Einstufung basierend auf der Installationsmethode:
(i) Bohrpfähle:
Bohrpfähle werden in vorgebohrten Löchern entweder unter Verwendung einer Hülle oder durch zirkulierende Stabilisierungsmittel wie Betonieslurry hergestellt. Das Bohrloch wird dann nach dem Einlegen der Bewehrung mit Beton gefüllt. Der Vorteil des Brettstapels besteht darin, dass es beim Fahren und Fahren nicht zu Beschädigungen kommt, die bei Rammpfählen üblich sind.
Brettstapel sind folgende Typen:
Stapel mit kleinem Durchmesser bis zu 600 mm Durchmesser; Pfahlendurchmesser mit großem Durchmesser größer als 600 mm; unter geriebenen Haufen.
(ii) Rammpfähle:
Rammpfähle können aus Beton, Stahl oder Holz bestehen. Diese Pfähle werden durch Hammerschlag in den Boden getrieben. Für diese Pfahlart ist keine Bohrung erforderlich. Wenn ein Haufen in körnige Böden getrieben wird, verdichtet er den Boden und erhöht die Bodenfestigkeit. Wenn jedoch ein Haufen in gesättigtem Ton getrieben wird, wird der Boden, statt verdichtet zu werden, mit abnehmender Festigkeit umgeformt.
(iii) Ramm- und Gießpfähle in situ:
Es ist eine Art Rammpfahl. Sie werden hergestellt, indem ein Stahlgehäuse in den Boden gerammt wird. Das Loch wird dann durch Einlegen der Bewehrung mit Beton gefüllt und das Gehäuse wird allmählich angehoben.
(c) Einstufung basierend auf der Funktion:
Pfähle sind nach ihrer Verwendung folgende Typen:
(i) Endlagerpfähle:
Die Pfähle, die ihre Last in eine harte und relativ inkompressible Schicht wie Fels oder dichter Sand übertragen, werden als Endlagerpfähle bezeichnet. Diese Pfähle erhalten ihre Tragfähigkeit vom Endlager an der Pfahlspitze.
(ii) Reibpfähle:
Die Pfähle, die nicht auf einer harten Schicht ruhen, sondern ihre Tragfähigkeit durch Reibung oder Adhäsion zwischen der Pfahloberfläche und dem umgebenden Boden ableiten, werden Reibungspfähle genannt.
(iii) Spannpfahl:
Spannpfähle werden auch Hebepfähle genannt. Diese Pfähle dienen zum Verankern der Strukturen, die aufgrund hydrostatischen Drucks angehoben werden.
(iv) Verdichtungspfähle:
Diese Pfähle werden verwendet, um lose körnige Böden zu verdichten, um deren Tragfähigkeit zu erhöhen. Verdichtungspfähle tragen keine Last und können daher aus schwächerem Material bestehen. Sandhaufen können als Verdichtungshaufen verwendet werden.
(v) Ankerpfähle:
Diese Stapel dienen zur Verankerung gegen horizontales Ziehen von Spundwänden.
(vi) Fenderhaufen und Delphine:
Fenderhaufen und Delphine werden verwendet, um die Wasserfrontstruktur vor dem Aufprall eines schwimmenden Objekts oder Schiffes zu schützen.
Engineering-News-Formel:
Die Techniknachrichtenformel wurde von AM Wellington, Herausgeber von Engineeringnachrichten (New York) im Jahre 1888 veröffentlicht. Die Formel wurde entwickelt, indem die vom Hammer aufgebrachte Energie (die zum Rammen verwendet wurde) der Arbeit gleichgestellt wurde, die durch Haufen und Energieverlust ausgeführt wurde erhalten als
Q a = WH / F (S + C)
Wobei Qa = zulässige Belastung in kg
W = Gewicht des Hammers in kg
H = Höhe des Hammers in cm
S = Penetration pro Schlag in cm
C = Empirische Konstante in cm
= 0, 25 für einfach und doppelt wirkende Hammer
= 2, 5 für einen Fallhammer
F = Sicherheitsfaktor und wird als 6 angenommen.
Die obige Formel für verschiedene Arten von Hämmern kann wie folgt geschrieben werden:
(i) Einfachwirkender Hammer
Qa = WH / 6 (S + 0, 25)
(ii) doppelt wirkender Hammer
Qa (W + ap) H / 6 (S + 0, 25)
wobei a = effektive Kolbenfläche in cm 2
p = mittlerer effektiver Dampfdruck in kg / cm 2
(iii) Fallhammer
Q a = WH - 6 (S + 2, 5)
Hiley-Formel:
Die Hiley-Formel gilt als vollständige Formel und wird als geschrieben
wobei Qu die Tragfähigkeit des Stapels ist
W = Gewicht des Hammers
H = Fallhöhe
S = Durchdringung pro Schlag in cm
Stapelbelastungstest :
Belastungstest auf Pfahl ist die positivste Methode zur Bestimmung der Tragfähigkeit eines Pfahls. Belastungstests können durchgeführt werden an:
(i) ein Arbeitshaufen oder
(ii) einen Teststapel.
Ein Arbeitsstapel ist ein vor Ort gegossener Stapel, der angetrieben wird, um die Last vom Oberwagen zu tragen. Die maximale Prüflast im Arbeitshaufen sollte nicht mehr als 1 ½ Mal der Auslegungslast betragen. Ein Testpfahl ist ein ausschließlich zum Testen installierter Pfahl. Die maximale Last, die auf einen solchen Pfahl ausgeübt werden kann, beträgt das 2, 5- bis 3-fache der vorgesehenen Last, oder die Last sollte so bemessen sein, dass sich eine Gesamtsetzung von einem Zehntel des Pfahldurchmessers ergibt.
Ein Rammlasttest ist in der Abbildung 11.20 dargestellt. Es besteht aus
(i) Ein Reaktionsrahmen, der entweder mit Kentnis bestückt ist oder auf Ankerpfählen abgestützt ist. Der Abstand der Stützen des Reaktionsrahmens vom Stapel sollte mindestens das 5fache des Stapeldurchmessers betragen.
(ii) eine hydraulische Hebevorrichtung, um den Stapelkopf mit einer Last zu beaufschlagen
(iii) Ein Satz Messuhren (3 oder 4 Ziffern) zum Messen der Ablage des Stapelkopfes.
Eine vertikale Rammlastversuchseinheit Es gibt zwei Arten von Rammlastversuchen:
(i) Test aufrechterhaltener Belastung:
Der Stapel wird normalerweise durch Abheben geladen und die Last wird in geeigneten Schritten aufgebracht (ungefähr 20% der geschätzten Arbeitslast). Jede inkrementelle Last wird zwei Stunden lang gehalten oder bis die Setzungsgeschwindigkeit 0, 2 mm / h beträgt (je nachdem, was früher ist (gemäß IS 2911-1985); Das nächste Lastinkrement wird dann angewendet.
Die Abrechnung wird unter jedem Lastinkrement aufgezeichnet. Für den Erstlasttest wird die Belastung bis zum 3-fachen der Auslegungslast fortgesetzt, je nachdem, welcher Wert früher liegt. In einem Routineversuch wird die Belastung bis zum 1, 5-fachen der Auslegungslast fortgesetzt. Die Last wird dann in gleichen Schritten auf Null freigegeben und für jede Lastfreigabe wird ein Abrechnungssatz erstellt.
Lastsiedlungskurven für das Laden und Entladen werden wie in Abbildung 11.21 dargestellt gezeichnet. Die endgültige Last kann aus der Kurve abgelesen werden, wenn ein klar definierter Fehlerpunkt angezeigt wird. Wenn kein eindeutiger Versagenspunkt erhalten wird, kann dies als Last angesehen werden, bei der die Abrechnung 10% des Pfahldurchmessers beträgt.
Ein Sicherheitsfaktor von 2, 0 oder 2, 5 wird angewendet, um die zulässige Last zu erhalten.
(ii) Konstante Durchdringungsrate (ORP):
Der CRP-Test wurde von Whitaker im Jahr 1963 entwickelt. Es handelt sich um einen Kurzzeittest, bei dem der Haufen mit konstanter Geschwindigkeit in den Boden eindringt. Eine übliche Durchdringungsrate beträgt 0, 75 mm / min für Ton und 1, 5 mm / min für Sand. Druckwerte im Wagenheber und in der Ansiedlung werden in geeigneten Intervallen von nicht mehr als 3 Minuten aufgezeichnet.
Der Test wird fortgesetzt, bis die Belastung nach Erreichen eines Maximalwerts abzunehmen beginnt oder bis die Durchdringung mindestens 10% des Pfahldurchmessers beträgt, je nachdem, welcher Wert früher liegt.
Aus den Testergebnissen wird eine Lastdurchdringungskurve aufgetragen, und die Tragfähigkeit des Pfahls wird der Last gleichgesetzt:
(i) am Fehlerpunkt, wenn ein klar definierter Fehlerpunkt verfügbar ist
(ii) Wenn die Last einen maximalen Wert erreicht und für eine Penetration von 50 mm oder mehr konstant bleibt.
(iii) Wenn die Penetration 10% des Pfahldurchmessers beträgt, je nachdem, welcher Zeitpunkt früher liegt? Es wird ein Sicherheitsfaktor von 2, 0 oder 2, 5 angewendet, um die zulässige Last zu erhalten.
Konstruktive Merkmale von Pfahlgründungen:
Drei Arten von Materialien werden für den Pfahlbau verwendet:
(i) Holz
(ii) Stahl
(iii) Beton
Meist werden Betonpfähle verwendet. Holz- und Stahlpfähle sind vorgefertigt und haben Querschnittsflächen mit rechteckiger, quadratischer, kreisförmiger und H-Form (nur für Stahl). Holz- und Stahlpfähle werden installiert, indem sie in senkrechten Positionen angehoben und mit Hämmern in den Boden gedrückt werden (siehe Abbildung 11.22).
Betonpfähle werden entweder durch ein Bohrloch im Boden oder durch Eintreiben in den Boden installiert. Abhängig von der Installationsmethode werden Betonpfähle grob als (i) Bohrpfähle (ii) angetriebene Pfähle klassifiziert.
(A) Bohrpfähle:
Die Schritte beim Bau von Bohrpfählen sind wie folgt:
(i) Loch bohren
(ii) Stabilisierung des Lochs
(iii) Platzierung der Verstärkung
(iv) Betonieren
(i) bohren von loch:
Bei Bohrpfählen mit kleinem oder mittlerem Durchmesser werden mit Handschnecken in weichen, kohäsiven Böden bis zu einer Tiefe von 4, 5 Metern gebohrt. Wenn die Bohrtiefe 4, 5 Meter überschreitet, werden mechanische Schnecken eingesetzt. Für Pfähle mit großem Durchmesser werden mechanisierte Kranbohranlagen verwendet, wie in Abbildung 11.23 gezeigt.
(ii) Stabilisierung des Lochs:
Für einen nicht selbsttragenden Boden wird ein Stabilisierungsmittel in Form einer Bentonitaufschlämmung zirkuliert. Die Bentonitaufschlämmung gelangt durch den Bohrerschaft zur Grundfläche des Lochs und trägt den gelösten Boden nach oben. Eine Aufschlämmungsdichte von 10, 5 bis 12 KN / m 3 reicht für die Stabilität des Lochs aus. Die Aufschlämmung wird wiederverwendet, nachdem sich der Boden im Teich niedergelassen hat.
(iii) Platzierung der Verstärkung:
Nach dem Bohren wird der Verstärkungskäfig in das Loch abgesenkt.
(iv) Betonieren:
Nachdem die Bewehrung in das Loch eingebracht wurde, wird mit Hilfe eines an der Mündung des Lochs angebrachten Trichters ein leicht gemischter Beton in das Loch gegossen. Das Betonieren wird durch eine als Tremie-Betonieren bezeichnete Technik durchgeführt, bei der Beton durch ein Rohr nach unten geleitet wird, um die Bentonitaufschlämmung allmählich zu verdrängen, wie in Abbildung 11.24 dargestellt. Für den Betoniervorgang ist Sorgfalt und Können erforderlich.
(B) Angetriebene Betonfertigpfähle:
Betonfertigteilpfähle werden in einem Gießplatz mit Stahlschalungen horizontal gegossen. (Der Durchmesser und die Länge solcher Pfähle sind auf 450 mm bzw. 20 m beschränkt). Nach dem Abbinden des Betons und dem Aushärten des Pfahls wird die Schalung entfernt. Die Pfähle werden in horizontaler Position vom Gießplatz abgehoben und vor dem Einfahren mit dem Fahrgerät in den Boden gehalten.
Die Fahrausrüstung besteht aus (Abbildung 11.25):
(i) Stapelfahrrahmen
(ii) Schlaghammer
(a) Fallhammer
(b) Pneumatikhammer
(c) Vibrationshammer
(iii) Appetenzen:
Ausstattungsmerkmale sind Komponenten, die zwischen Pfahlkopf und Hammer angeordnet sind, um die Antriebskraft sicher auf den Pfahl zu übertragen, dh ohne Beschädigung des Pfahlkopfes. Abbildung 11.27 zeigt verschiedene Komponenten, die zwischen Pfahlkopf und Hammer platziert sind.
(C) Eingegossene Ortbetonpfähle:
An Ort und Stelle angetriebene Pfähle sind solche, bei denen ein Loch durch das Eintreiben eines geschlossenen Stahlrohrs erzeugt wird und dann Stahlbeton eingegossen wird.
Diese Stapel sind von zwei Typen:
(i) ummauerte Stapel
(ii) nicht umhüllte Stapel
Wenn das in den Boden eingetriebene Stahlrohr mit Beton gefüllt ist, spricht man von einem in Ortbeton eingegossenen Ortbetonpfahl. Wenn das Stahlrohr herausgezogen wird und das Loch mit Beton gefüllt wird, wird es als unverlegter eingegossener Ortbetonpfahl bezeichnet.
Im Falle eines umhüllten Pfahls wird ein dünnes Stahlrohr zusammen mit einem zentralen Dorn mit einem Rammgerät zusammen gefahren. Nach Erreichen der erforderlichen Tiefe wird der Dorn zusammengezogen und zurückgezogen, und nach dem Aufsetzen des Bewehrungskorbs wird das Betonieren im Stahlrohr ausgeführt. Ein nicht umhüllter Pfahl wird konstruiert, indem ein Gehäuse mit einem abnehmbaren konischen Schuh an der Basis gefahren wird.
Der Bewehrungskäfig wird in das Gehäuse eingesetzt und Beton wird gegossen. Während des Betonierens wird das Gehäuse langsam gezogen und der abnehmbare konische Schuh wird am unteren Ende des Stapels belassen, wie in Abbildung 11.29 gezeigt.
