Anfänge im Spezialtiefbau
Die ersten verwendeten Pfähle waren aus Holz. Befinden sich diese ständig unter Wasser, ist eine Haltbarkeit von vielen Jahrhunderten gegeben. Die ältesten heute noch tragenden Holzpfähle in Europa stammen aus der Zeit des römischen Reichs.
Wechselt allerdings die Höhe des Grundwasserspiegels, verfaulen Holzpfähle relativ schnell. Das größte und wohl bekannteste Beispiel für die Verwendung von Holzpfählen ist die Stadt Venedig, die auf hunderttausenden von Holzpfählen steht. Zu ihren Bedrohungen gehören die Schrauben von Motorbooten, die Luftsauerstoff im Wasser lösen. Dieser wiederum beschleunigt den Verfall der Holzpfähle, auch wenn sie der Luft nicht direkt ausgesetzt sind.
Diese Probleme werfen für den Grundbau und Spezialtiefbau die Frage nach anderen Materialien für Pfähle auf. Sie sollten länger als Holzpfähle sein können, nicht verfaulen und aus härterem Material bestehen.
Kriterien für Pfähle im Spezialtiefbau
Auf bestimmten Baustellen kann es notwendig sein, nur für die Dauer von Arbeiten Pfähle im Boden zu halten. Dafür eignen sich besonders Pfähle aus massivem Stahl, deren Querschnitt meistens die Form eines doppelten Ts aufweist. Sie können nach Beendigung ihrer Verwendung ohne Schwierigkeiten wieder aus dem Boden herausgezogen werden. Es versteht sich, dass sie nur für Druck- und keine Zugbelastungen einsetzbar sind.
Für eine Dauerverwendung sind Stahlrohrpfähle und der Typ Stahlbetonpfahl verbreitet. Je nach Bodenbeschaffenheit und den äußeren Bedingungen werden Pfähle gerammt, geschraubt oder gepresst. Diese äußeren Bedingungen beziehen sich auf den vorhandenen Platz, die Nähe anderer Gebäude und die Frage, ob Lärm und Erschütterungen bei den Arbeiten am Einsatzort eine Rolle spielen.
Die Technologie der Stahlrohrpfähle
Sie verdrängen den Boden bei der Absenkung. Die häufigste Art des Einsatzes erfolgt mit dem Einrammen in den Boden. Im Gegensatz zu Stahlpfählen werden Stahlrohrpfähle nur für dauerhaften Einsatz verwendet.
Im Gegensatz zu einem Stahlbetonpfahl sind Stahlrohrpfähle mit ihrer besonderen Festigkeit auch für das Einrammen in härtere Bodenschichten geeignet. Auch wenn Stahlrohrpfähle auf harte Hindernisse wie größere Steine auftreffen, können sie weiter in Position gebracht werden.
Ablauf der Verwendung von Stahlrohrpfählen
Der Pfahl besteht aus einem hohlen Stahlrohr, oft mit einer harten Spitze. Diese wird auf dem Boden aufgesetzt und in der vorgesehenen Richtung stabilisiert. Das Fallgewicht wird dann in das Rohr hinabgelassen und bewegt sich also hauptsächlich im Pfahl selbst. Ist dieser durch das Rammen in der vorgesehenen Position angekommen, kann das Innere des Pfahls mit Beton gefüllt werden.
Vorteile der Stahlrohrpfähle
Stahlrohrpfähle verdrängen den Boden. Es entsteht bei ihrer Verwendung also kein Bohrgut, das abtransportiert werden müsste. Die so entstandene Bodenverdichtung besitzt zusätzlich noch den Vorteil, dass dadurch eine größere Reibung entsteht und so die Tragfähigkeit der Stahlrohrpfähle steigt. Stahlrohrpfähle sind auch in beengten Raumverhältnissen einsetzbar, was auch einen geringen Abstand zu bereits bestehenden Bauten ermöglicht. Weil die Stahlrohrpfähle auch nach der Füllung mit Beton im Boden verbleiben, schützen sie den Betonkern vor aggressivem Wasser. Der Pfahl ist daher weniger Erosion ausgesetzt.
Ein Grundproblem im Spezialtiefbau ist es, die Tragfähigkeit von Pfählen im Grundbau schon vor deren Absenkung zu kennen oder zumindest abzuschätzen. Mit einer Messung der für die Absenkung des Pfahls notwendigen Rammenergie lässt sich diese Tragfähigkeit quantitativ abschätzen.
Der Stahlbetonpfahl
Einer natürlichen Idee folgend, können Pfähle für den Spezialtiefbau aus Stampfbeton erzeugt werden. Diese sind aber zu wenig fest, weswegen sie zumindest in entwickelten Ländern wie Deutschland nicht mehr verwendet werden.
Um eine höhere Festigkeit zu erreichen, bietet sich eine Armierung mit Stahl an. Das Ergebnis ist dann der Stahlbetonpfahl. Diese Technologie gehört heute zu den am meisten verwendeten im Grundbau für die Befestigung von Fundamenten, allerdings mit den erwähnten Einschränkungen.
Es lassen sich zwei Ausführungen unterscheiden. Ein hohler Stahlbetonpfahl verfügt üblicherweise über eine Stahlspitze. Diese ist für härtere Böden notwendig und auf jeden Fall erforderlich, wenn der Pfahl bis auf eine Felsschicht abgesenkt werden soll. Häufiger ist eine massive Ausführung für einen Stahlbetonpfahl.
Ein Stahlbetonpfahl wird in standardisierten Abmessungen in einem Werk hergestellt und auf die Baustelle transportiert.
Einsatz und Verwendung für den Stahlbetonpfahl
Das Einrammen eines solchen Pfahls ist mit beträchtlichen Erschütterungen und einer Lärmentwicklung verbunden. In dicht verbautem Gebiet ist diese Art des Einsatzes deshalb immer seltener geworden, da die Schäden an Nachbargebäuden zu gravierend sind.
Für industrielle Anlagen müssen oft Pfähle von einer Länge zur Verfügung stehen, die nicht wirtschaftlich in dieser Länge herstell- und transportierbar wären. Für solche Zwecke werden Pfähle von einer Standardlänge mit Kupplungen verbunden und aufeinander in den Boden gerammt. Auf diese Art sind Gesamtlängen von etlichen Dutzend Metern möglich.
Für Anwendungen offshore oder in Hafenbereichen spielen weder Erschütterungen noch Lärmentwicklung eine wesentliche Rolle. Neben Industrieanlagen sind die Fundamente von Windkraftanlagen eine typische und häufige Anwendung für die Technologie des Stahlrohrpfahls.
Es liegt auf der Hand, dass solche Anlagen fortgeschrittene Aufgaben für den Spezialtiefbau bereithalten. Windkraftwerke besitzen nicht nur ein erhebliches Gewicht. Die Konstruktion als Turm mit einer Windturbine bedeutet, dass das Gewicht auf einem Fuß mit verhältnismäßig kleinem Querschnitt ruht. Dazu ist die Turbine und mit dieser der Turm beträchtlichen Windkräften ausgesetzt. Für diesen Turm kommen dann Pfahlgründungen zum Einsatz, die auch auf einigermaßen tragfähigen Böden erforderlich sind.
