Schraubpfähle: Eigenschaften, Vor- und Nachteile
Das Fundament des Hauses ist eines der komplexesten und teuersten Bauelemente. Gleichzeitig ist der Entstehungsprozess sehr langwierig - in den meisten Fällen handelt es sich um einen begrenzten Bauabschnitt. Leider ist es nicht ungewöhnlich, dass skrupellose Entwickler bewusst gegen Technologien und Normen verstoßen, um die Grundlage so schnell wie möglich fertigzustellen und mit den nächsten Arbeitsschritten fortzufahren. Oft drängen sie die Kunden selbst dahin, die denken, dass auf der Baustelle schon zu lange nichts mehr passiert ist. Übermäßiger Ansturm in dieser Phase führt dazu, dass die Bewohner des neuen Hauses bald Probleme haben - das Fundament sackt ab, und infolgedessen beginnt die gesamte Struktur langsam zusammenzubrechen.
Gibt es hier einen Mittelweg? Ist es möglich, schnell ein starkes und zuverlässiges Fundament aufzubauen? Es stellt sich vielleicht heraus. Schraubpfähle helfen in diesem Fall. Das Erstellen eines Fundaments auf Schraubpfählen dauert nicht nur ein oder zwei Monate, sondern nur ein paar Tage.
Warum werden solche Stapel noch nicht überall verwendet? Warum wachsen neue Häuser nach Regen nicht so schnell wie Pilze? Um diese Fragen zu beantworten, müssen Sie nicht nur die Profis, sondern auch die Minuspunkte der Schraubpfähle für das Fundament kennen, um eine Vorstellung davon zu haben, welche Einschränkungen bei ihrer Anwendung bestehen. Denken Sie daran, dass das Fundament eine sehr verantwortungsvolle Angelegenheit ist. Bei der Auswahl einer Designlösung sollten Sie sich in erster Linie auf Ihr eigenes Wissen verlassen und nicht auf die Werbeversicherungen der Hersteller, die Versprechen der Bauherren oder auf Beispiele von Nachbarn und Freunden.
Inhalt:
Die Geschichte des Auftretens von Schraubpfählen
Die Geschichte der Schraubpfähle reicht fast zwei Jahrhunderte zurück. Ein Putsch auf dem Gebiet des Pfahlgründungsbaus wurde vom talentierten irischen Ingenieur Alexander Mitchell durchgeführt. 1833 ließ er die „Mitchell Screw Piles“ patentieren, die in sich bewegenden Böden wie dem sandigen Boden eines Teichs oder eines Schlammbodens installiert werden konnten.
Das erste große Bauwerk, das auf solchen Stelzen errichtet wurde, war der Maplin Sand Leuchtturm, der bereits 1838 an der Themse gebaut wurde. Das Fundament bestand aus neun Pfählen mit Schraubenspitzen von 120 cm Durchmesser, die bis zu einer Tiefe von etwa 7 Metern in den Boden eingedreht waren. In den folgenden Jahren wurden mehrere weitere Leuchttürme unter der Leitung von Mitchell in ganz England gebaut. Einige von ihnen sind bis heute unverändert geblieben.
Mehr als 150 Leuchttürme in Nordamerika, ein Wellenbrecher in Portland, eine Überführung und Brücken in Bombay, eine Eisenbahn in Baroda, ein Pier in Madras und viele andere wichtige Objekte wurden Mitte des 19. Jahrhunderts mit Mitchell-Pfählen gebaut.
In Russland wurden Schraubpfähle erst in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts entdeckt. Russische Ingenieure erkannten schnell alle Vorteile dieser Erfindung, insbesondere wenn sie im Permafrost der nördlichen Regionen des Landes oder auf schwachen, überfluteten Böden von Küstengebieten arbeiteten. Sehr bald wurden Schraubpfähle in großem Umfang für den Bau von Ingenieurbauwerken für militärische Zwecke eingesetzt (der Rahmen-Schraubträger für den Hochgeschwindigkeitsbau von Fundamenten für zusammenlegbare Brücken wird von unserem Militär bis jetzt verwendet) und später im Tiefbau.
Stahlschraubpfähle werden heute weltweit aktiv eingesetzt. Sie greifen auf ihre Hilfe zurück, wenn eine hohe Geschwindigkeit beim Fundamentbau erforderlich ist: bei der Installation verschiedener Arten von Stützen, beim Einsatz von Pump- und Bohrstationen, beim Verlegen von Rohrleitungen, beim Bau von provisorischen Lagern für Arbeiter usw.Diese Produkte sind bei Öl- und Gasunternehmen, Militär- und Industriebauern sowie Unternehmen, die Restaurierungsarbeiten durchführen, am gefragtesten. Bauorganisationen, die sich mit dem Bau von Wohngebäuden befassen, sind auf dieser Liste vertreten, jedoch weit entfernt von führenden Positionen. Natürlich werden die Fundamente auf Schraubpfählen für Wohngebäude errichtet, aber in den meisten Fällen geht es um das Bauen in schwer zugänglichen Gebieten oder Gebieten mit schwierigem Boden, das Reparieren der problematischen Fundamente alter Wohngebäude und das Befestigen von Gebäuden an Hängen.
Aufbau und Eigenschaften von Schraubpfählen
Was sind Schraubpfähle, die bei Bauherren auf der ganzen Welt so schnell an Beliebtheit gewonnen haben? Welche Sorten gibt es? Welche Eigenschaften von Schraubpfählen sollte ich zuerst beachten?
Ein Schraubpfahl besteht aus einem Stamm und einer Klinge an seinem Ende. Dank letzterem wird diese Art von Pfahl durch Eindrehen in den Boden eingegraben, ohne zu verstopfen.
1. Das Rohr. 2. Der Kopf, der an der Spitze des Stapels befestigt ist. 3. Spiralförmige Klinge. 4. Korrosionsschutzbeschichtung. 5. Technologisches Loch zum Einstellen der Stange.
Es gibt verschiedene Arten von Stahlschraubpfählen. Die Wahl eines bestimmten Bodentyps basiert auf einer Analyse der Bodeneigenschaften in diesem Gebiet und der geschätzten Belastung des Fundaments. Oftmals werden sogar an einer Stelle unterschiedliche Pfahlarten verwendet, wodurch Sie die Ladung gleichmäßig verteilen können.
Schraubenspitzentyp
Die Spitzen der Schraubpfähle, die zum Eintauchen in den Boden dienen, können geschweißt oder gegossen werden.
Schraubpfahl mit angeschweißter Spitze.
Gussspitzen sind deutlich teurer und ihre Verwendung ist nur bei Arbeiten mit besonders dichten Böden einschließlich Permafrost und mit großen Einschlüssen natürlichen oder technogenen Ursprungs gerechtfertigt. Die langlebige Gussspitze beim Schrauben von Pfählen zerstört leicht Hindernisse auf ihrem Weg und verformt sich nicht gleichzeitig.
Gusspfahl Schraubpfahl.
Anzahl der Klingen
Durch die Anzahl der Klingen werden Schraubpfähle in Einzel- und Mehrfachklingen unterteilt (die Anzahl der Klingen auf einer Welle kann in einigen Fällen sechs Stück erreichen). Erstere sind ausschließlich für dichte Böden mit geringer Mobilität bestimmt.
Einklingen-Schraubpfahl.
Die zweiten sind universeller, obwohl ihr Hauptzweck weiche Böden mit geringer Tragfähigkeit sind, da Mehrblattpfähle widerstandsfähiger gegen verschiedene Arten von Lasten sind - Ziehen oder umgekehrt Drücken und Horizontales. Die maximale Effizienz von Mehrblatt-Schneckenpfählen kann durch die richtige Auswahl der Anzahl der Blätter, des optimalen Abstands zwischen ihnen, ihrer Steigung und ihres Winkels erreicht werden.
Zwei-Klingen-Schraubpfahl.
Klingengröße
Durch die Größe der Schaufeln werden Schraubpfähle in breitschaufelige (der Durchmesser der Schaufeln beträgt mindestens das Eineinhalbfache des Stammdurchmessers) und schmalschaufelige unterteilt. Breitflorige Pfähle sind dank der vergrößerten Auflagefläche in weichen Böden sehr effektiv.
Breitblättrige Schraubenpfähle.
Schmalklingen haben ihre eigene Spezialisierung - besonders dichten oder sehr gefrorenen Boden (es ist unmöglich, einen breitklingigen Pfahl in einen solchen Boden zu „schrauben“, da die Gefahr eines Brechens oder Verformens der Klingen erheblich zunimmt). Der Durchmesser der Klingen eines Schraubpfahls gemäß der internationalen Norm ICC AC358 (Helical Foundation Acceptance Criteria) kann zwischen 200 und 350 mm variieren.
Schmalblättrige Schraubenpfähle.
Die Dicke des Metalls eines Schraubenpfahls
Das wichtigste strukturelle Merkmal eines Schraubpfahls ist die Dicke des Metalls, aus dem die Wände seines Rumpfes bestehen. Die Berechnung der erforderlichen Dicke basiert nicht nur auf der geschätzten Belastung des Pfahls, sondern auch auf den Betriebsbedingungen. Tatsache ist, dass die Reduzierung der Wandstärke des Pfahls durch Korrosionsprozesse letztendlich zu einer Reduzierung seiner Lebensdauer führt.Gemäß der oben genannten Norm ICC AC358 sollte die Mindestwandstärke des Pfahlschachts in neutralem Boden 8 mm und in Boden mit erhöhter chemischer Aktivität 9,5 mm betragen.
Hausingenieure erkannten natürlich auch die Bedeutung eines solchen Parameters wie der Dicke des Metalls, das zur Herstellung von Schraubpfählen verwendet wird. Der 1977 in der UdSSR veröffentlichte Leitfaden „Pfähle und Pfahlgründungen“ besagte, dass der Pfahlschaft aus nahtlosem Rohr bestehen sollte, das durch Warmwalzen mit einer Wandstärke von mindestens 10-14 mm hergestellt wurde. In der modernen russischen Baunorm SP 24.13330.2011 „Pfahlgründungen“ wird jedoch ein Parameter wie die Wandstärke des Schafts eines Schraubenpfahls überhaupt nicht berücksichtigt und nicht genormt.
Wir werden keine Vermutungen anstellen, warum dies passiert ist, die Konsequenz ist wichtig. Viele einheimische Hersteller machen sich das Fehlen strenger Vorgaben für den Bau von Stahlpfählen nach russischen Standards zunutze und ignorieren bewusst internationale Standards. Der Wunsch nach Gewinnmaximierung führt zu einem Qualitätsverlust.
Die meisten in unserem Land hergestellten Schraubpfähle haben eine Wandstärke von nicht mehr als 3-4 mm. Gleichzeitig werden sie aus geschweißten Rohren mit verminderter Korrosionsbeständigkeit hergestellt. Und die Qualität der Korrosionsschutzbeschichtung wünscht sich in der Regel das Beste: Oft wird sie schon beim Transport von Pfählen „verschüttet“.
Natürlich sind sie in Russland in der Lage, Pfähle herzustellen (und nicht nur zu wissen, sondern auch zu produzieren!), Deren Qualität alle Anforderungen der internationalen Norm ICC AC358 erfüllt. Aufgrund ihrer hohen Kosten können sie jedoch in den meisten Fällen nicht mit herkömmlichen Stahlbetonpfählen mithalten, die in einem vorgebohrten Bohrloch installiert sind.
Es ist notwendig, die Dicke des Metalls nicht nur des Pfahlschafts, sondern auch seiner Klingen zu berücksichtigen. Beim Bau von temporären oder leichten Gegenständen dürfen Pfähle mit Schaufeln verwendet werden, die dünner als 5 mm sind. Bei der Errichtung großer Tragwerke für den Dauerbetrieb empfiehlt die internationale Norm die Verwendung von Pfählen mit einer Klingenstärke von 9,5 bis 12,5 mm.
Korrosionsschutzbeschichtung
Um den Einfluss von Korrosionsprozessen auf die Festigkeitseigenschaften von in aggressiven Böden verlegten Stahlpfählen zu verringern, erhöhen Sie nicht nur die Dicke der Wände, sondern tragen auch eine zusätzliche Schutzbeschichtung auf. Die gebräuchlichsten Methoden zum Korrosionsschutz von Stahlpfählen sind das Verzinken und das Aufbringen einer speziellen Polymerbeschichtung (Polyurethan, Epoxid usw.). Gemäß ICC AC358 muss die Dicke der Schutzpolymerschicht mindestens 400 Mikrometer betragen.
Vorteile des Fundaments auf Schraubpfählen
Installationsgeschwindigkeit
Die hohe Installationsgeschwindigkeit ist vielleicht der wichtigste Vorteil von Schraubpfählen, da sie im Baugewerbe die Zeit wie nichts anderes schätzen. Der Schraubpfahl ist sofort nach der Installation einsatzbereit. Selbst das Betonieren der Lagerluft des Pfahlschachts führt auf der Baustelle nicht zu Ausfallzeiten: Es muss nicht gewartet werden, bis der Beton an Markenkraft gewinnt, da die Belastung des Pfahls in erster Linie von seiner Stahlhülle wahrgenommen wird.
Geräuscharm bei der Installation des Fundaments
Ein geringer Geräuschpegel während der Installation ist der Hauptvorteil von Schraubpfählen gegenüber angetriebenen. Der Vorgang des Eintreibens in den Boden wird nicht nur von Geräuschen, sondern auch von Vibrationen begleitet. Erschütterungen am Boden können verschiedene Bauwerke in unmittelbarer Nähe der Baustelle beschädigen.
Niedriger Preis
Die im Vergleich zu allen Arten von Stahlbetonfundamenten geringen Kosten des Fundaments auf Schraubpfählen werden vor allem durch eine deutliche Reduzierung des Flächenaufwands erzielt.
Die Fähigkeit, verschiedenen Zuglasten standzuhalten
Diese Fähigkeit beruht auf dem Vorhandensein von Klingen in Schraubpfählen.Dank ihrer Schaufeln können diese Pfähle auf unebenen Plattformen (was bedeutet, dass sie sich perfekt für Gebäude an Hängen eignen) und in jedem Winkel zur Vertikalen installiert werden.
Keine Notwendigkeit, eine große Menge Erde zu bekommen
Eine kleine Menge Erde, die während der Installation der Schraubpfähle verdrängt wird, ermöglicht Ihnen das Arbeiten in der Nähe bestehender Gebäude.
Sie können unter verschiedenen Bedingungen eingesetzt werden.
Die Unprätentiosität von Schneckenpfählen in Bezug auf Wetter und Klima drückt sich darin aus, dass sie in einem relativ weiten Temperaturbereich betrieben werden können, keine Angst vor Grundwasseranstieg und Bodenschwellung haben und daher keine obligatorische Entwässerung der Baustelle erfordern.
Wiederverwendbar
Eine der Anwendungen von Schraubpfählen ist der Bau von temporären Strukturen. Nachdem ein solches Gebäude seine Funktionen erfüllt und abgebaut hat, können Schraubpfähle aus dem Boden entfernt und bei Bedarf wiederverwendet werden.
Es ist anzumerken, dass nur industriell hergestellte Schraubpfähle, deren Qualität den Annahmekriterien der Internationalen Baunorm ICC AC358 Helical Foundation entspricht, all diese Vorteile aufweisen.
Nachteile des Fundaments auf Schraubpfählen
Die Verwendung von Schraubpfählen unterliegt einer Reihe von Einschränkungen, die viele Hersteller leider zu unterdrücken versuchen. Unter Umständen, in denen Unternehmen, die an der Errichtung von Fundamenten beteiligt sind, leicht gegen technologische Standards verstoßen, müssen Sie als Kunde zumindest eine allgemeine Vorstellung davon haben, in welchen Fällen die Verwendung von Schraubpfählen unerwünscht oder völlig inakzeptabel ist.
Unfähigkeit zur Verwendung in Gebieten mit seismischer Aktivität
Der Bau von Gebäuden auf den Fundamenten von Schraubpfählen ist nur in Gebieten ohne oder mit mäßiger seismischer Aktivität zulässig.
Unfähigkeit zur Verwendung in Böden, die eine schnelle Metallkorrosion verursachen
Stahlschneckenpfähle sollten nicht in Böden mit einem elektrischen Widerstand von weniger als 10 Ohm * m, in Böden mit einem pH-Wert von weniger als 5,5 und auch in Böden mit einem hohen Gehalt an organischen Verbindungen verwendet werden. Der Grund für diese Einschränkungen ist die hohe elektrochemische Korrosionsrate von Stahl unter diesen Bedingungen. Der verantwortliche Bauherr, dem die Langlebigkeit der zu bauenden Konstruktion nicht gleichgültig ist, bevor er sich für die Verwendung von Stahlspindeln entscheidet, ist lediglich verpflichtet, auf dieser Baustelle alle erforderlichen Bodenmerkmale zu ermitteln. Wenn Sie die Aggressivität des Bodens nicht bestimmen können, müssen Sie die Anforderungen einhalten, die für Pfähle gelten, die in Böden mit sehr hoher Korrosionsaktivität verlegt werden.
Schneckenpfähle dürfen nicht in felsigen Boden eingedrungen werden.
Diese Bodenkategorie umfasst Schlackendeponien und Deponien für Bauabfälle. Feste Einschlüsse können die Klingen oder sogar den Schaft des Schraubenpfahls während der Installation beschädigen.
Es wird empfohlen, die Verwendung von Schraubpfählen auf Böden zu vermeiden, die keinen ausreichenden Seitenhalt bieten.
Dazu gehören beispielsweise Torf, loser Schlammsand usw. Wenn die Notwendigkeit, solche Pfähle in einem flüssigen Boden zu verlegen, weiterhin besteht, ist es notwendig, sie entweder zuverlässig miteinander in Beziehung zu setzen oder wesentlich zu vertiefen. Gemäß den Anforderungen der Norm ICC AC358 muss ein Schraubpfahl in festen Böden mindestens 1,5 m, in weichen Böden mindestens 3 m eingegraben werden.
Wir geben ein Beispiel: Die Installation eines 2,5 m langen Schraubpfahls in dem Bereich, in dem eine Torfschicht in einer Tiefe von 2 m liegt, ist inakzeptabel, da in diesem Fall der Pfahl der notwendigen seitlichen Unterstützung des Bodens beraubt wird.
Faktoren, die die Haltbarkeit von Schraubpfählen beeinflussen
Die Werbung stellt sicher, dass das Fundament auf Schraubpfählen mindestens ein Jahrhundert halten kann. Ist das wirklich so oder ist es nur ein weiterer Marketingtrick? Die Praxis zeigt, dass dies durchaus möglich ist, da einige der unter Mitchell errichteten Leuchttürme noch stehen.Wir interessieren uns jedoch mehr für das Schicksal, nicht eines Leuchtturms im fernen Europa, sondern eines kleinen Landhauses irgendwo in den Vororten, im Ural oder am Ufer des Jenissei. Wie lange wird er stehen und auf dem Fundament von Schraubpfählen stehen, die nicht irgendwo und einmal, sondern hier und jetzt hergestellt wurden?
Basierend auf experimentellen Daten wurden die Standzeiten von Stahlschneckenpfählen in Böden mit unterschiedlichem elektrischen Widerstand geschätzt. Nach diesen Schätzungen halten Pfähle aus nicht verzinktem Metall in Böden mit geringer Korrosivität (z. B. trockener Schiefer oder trockener Sand) mindestens 300 Jahre und aus Metall mit einer Schutzbeschichtung mindestens 800 Jahre. Beeindruckend, nicht wahr? Dies ist jedoch ein Boden, der hinsichtlich der Fähigkeit (oder vielmehr der Unfähigkeit), Korrosion des Metalls zu verursachen, ideal ist.
Betrachten Sie zum Vergleich eine andere einschränkende Option. In Böden mit sehr hoher Korrosivität (Meeresboden, Schlamm, feuchter Lehm, Torf) beträgt die durchschnittliche Lebensdauer eines Stahlschraubenpfahls nur 30 Jahre (wenn der Pfahl aus verzinktem Metall besteht, erhöht sich diese Zahl auf 70-75 Jahre).
Eine wichtige Einschränkung sollte gemacht werden. Bei all diesen Berechnungen wurde angenommen, dass der Pfahl gemäß dem im Westen verwendeten ICC AC358-Standard hergestellt wurde, d.h. Die Wandstärke des Rumpfes beträgt 8 mm. Aber es ist fast unmöglich, auf dem russischen Markt Schraubpfähle aus warmgewalzten Stahlrohren mit einer solchen Wandstärke zu finden. Wie lange hält der „Standard“ der inländischen Produktion in einem aggressiven Umfeld, d. H. Ein Pfahl aus einem geschweißten Rohr mit einer Wandstärke von 3 bis 4 mm ist niemandem bekannt, liegt aber deutlich unter 30 (75) Jahren.
Aus alledem folgt, dass die in der Werbung versprochenen 100 Jahre Gründungsdienst auf Schraubpfählen nichts weiter als leere Worte sind. Pfähle können viel länger und deutlich kürzer halten - das hängt von der Qualität der Produkte und den Betriebsbedingungen ab, die in der Werbung nicht erwähnt werden.
Im Allgemeinen hängt die Lebensdauer von Schraubpfählen von drei Hauptparametern ab:
- die Dicke des Stahls, aus dem der Schaft und die Klingen des Pfahls bestehen,
- die Dicke und Qualität der Korrosionsschutzbeschichtung,
- chemische Aktivität des Bodens in diesem Bereich.
Ohne diese Eigenschaften der Pfähle und der Betriebsbedingungen zu kennen, kann man nicht einmal voraussagen, wie lange sie dauern werden.
Das bei unseren Bauherren weit verbreitete Verbrühen von Schraubpfählen mit Bündeln von Metallkanälen oder -ecken trägt zur Verkürzung der Lebensdauer von Schraubpfählen bei. Die Anordnung derartiger Bündel zwischen Pfählen ist natürlich gerechtfertigt, wenn das Fundament mit schwacher seitlicher Abstützung in den Boden eingebaut wird. Die Verbindung von Stahlpfählen mit Brücken aus leitfähigem Material führt jedoch zu einer Beschleunigung der elektrochemischen Korrosion des Metalls.
Um das Auftreten von Streuströmen zu vermeiden, die zur Beschleunigung von Korrosionsprozessen beitragen, sollten Stahlpfähle nicht untereinander sowie mit anderen Bauteilen aus Stahl galvanisch verbunden sein. Um die Pfähle zu einem einzigen System zu verbinden, sollten Sie ein Holzband oder ein Metallband verwenden, dessen Elemente mit Hilfe von Klemmen, die von den Pfählen mit dielektrischem Material isoliert sind, mit den Pfählen verbunden sind.
Das ist eigentlich alles, worüber wir Ihnen heute erzählen wollten. Jetzt kennen Sie alle Vor- und Nachteile von Schraubpfählen und haben hoffentlich die Grundidee verstanden, die wir Ihnen vermitteln wollten. Schraubpfähle sind eine ausgezeichnete Wahl für die Erstellung eines Fundaments, aber sie können nicht immer und nicht überall verwendet werden. Die Zulässigkeit der Verwendung von Schraubpfählen kann jeweils nur ein Fachmann bestimmen. Glauben Sie mir, die Kosten für die Anwerbung eines Spezialisten sind ungemein niedriger als die Kosten für die Beseitigung von Fehlern, die bei der Planung und dem Bau des Fundaments entstehen.
