Pfähle [1]

Pfähle, zugespitzte Hölzer verschiedenen Querschnitts und von mehr oder weniger großer Länge, welche als Haltepunkte (Baumpfähle, Zaunpfähle, Buhnenpfähle, Dalben u.s.w.) oder Stützpunkte (Bollwerkspfähle, Jochpfähle bei Brücken, Rostpfähle u.s.w.) oder zu Messungen als Merkzeichen (Merkpfähle, Fixpfähle u.s.w.) verwendet werden. Im weiteren Sinne fallen auch alle aus Eisen (Nadeln, Hohlzylinder u.s.w.), Beton, Eisenbeton u.s.w. hergestellten, zur Druckübertragung dienenden säulenartigen Unterstützungen, welche durch Bohren, Rammen, Schrauben, Spülen u.s.w. in den Boden eingelassen werden, unter den Begriff. Die bergmännische Bedeutung des Stichwortes s. unter Grubenzimmerung, Schachtabteufen, Stollen, Tunnel.

Im folgenden sollen vorzugsweise Stützpfähle für Baufundamente in Betracht gezogen werden; man unterscheidet:

1. Holzpfähle. Diese haben – je nach Bestimmung – quadratischen, rechteckigen, polygonalen oder kreisförmigen Querschnitt (Rundpfähle); letztere Form ist bei Fundamentpfählen, erstere Formen sind mehr bei Pfählen für Spuntwände (s.d.), Fangdämme (s.d.) und ähnliche Bauten vorherrschend. Die zugespitzten Rundpfähle (Spitzpfähle) heißen, wenn sie ihrer ganzen Länge nach im Boden stecken, Grundpfähle (Piloten), wenn sie in ihrem oberen Teile frei stehen, Langpfähle (vgl. Pfahlrost). Pfähle aus Eichenholz und Zedernholz sind die besten, werden aber des hohen Preises wegen seiten verwendet; in der Regel nimmt man (besonders für die Rundpfähle) Lärchen- und Kiefernholz, Fichten- und Tannenholz, Erlenholz, seiten weichere Holzarten wie Pappeln u. dergl. Im übrigen muß man sich nach dem an der Baustelle Erreichbaren richten. Die Hölzer müssen gerade gewachsen und rißfrei sein; man benutzt das Holz gern kurz nach dem Fällen oder eingeweicht, weil es dann nicht – wie trockenes Holz – im Wasser quillt. Als Fundamentträger müssen die Pfähle mit ihren Köpfen mindestens 50–60 cm unter dem tiefsten Wasserstande liegen; nur dann bleiben sie dauernd vor Fäulnis geschützt. Bei Rundpfählen von der Länge l und dem Durchmesser d pflegt man für Grundpfähle d = 0,12 + 0,03 · l, für Langpfähle d = 0,15 + 0,275 · l (Maße in Metern) zu wählen; die gegenseitige Entfernung der Achten von Fundamentpfählen schwankt in der Regel zwischen 0,75 und 1,25 m. Abweichungen von diesen Regeln sind aber da und dort durch besondere Verhältnisse geboten und statthaft. Nimmt man den Widerstand W, welchen der Boden dem Eindringen des Pfahles entgegensetzt, als konstante Kraft und den Rammstoß als unelastisch an, ist ferner Q das Gewicht des Rammbärs, h dessen Fallhöhe, q das Gewicht des Pfahles, so erlangt der letztere durch den Rammstoß die Energie L = Q² h : (Q + q); dringt er dabei um die [77] Länge s in den Boden, so ist die Arbeit des Widerstandes = W · s, und man hat die Beziehung W s = L + (Q + q) s, woraus

als Gleichgewichtsbedingung folgt1 (W, Q, q in Kilogramm, h und s in Metern). Bei Ueberschreitung des Wertes W durch die Pfahlbelastung P würde der Pfahl nachgeben bezw. tiefer eindringen. Nachdem aber vorstehende Rechnung den Stoß als unelastisch annimmt, was ja nach dem Baumaterial mehr oder weniger unzutreffend ist; nachdem ferner der Pfahl im Wasser einen Auftrieb erfährt und – was hauptsächlich in Betracht kommt – sich nicht dauernd unter gleichen Reibungsverhältnissen wie beim Einrammen dem Boden gegenüber befindet, muß der Sicherheit wegen die zulässige Pfahlbelastung P < W gewählt werden. Man setzt deshalb P = W : n, unter n einen Sicherheitskoeffizienten verbanden, der bei Sandboden etwa zu 3, bei Lehmboden zu 5, unter ungünstigen Verhältnissen und dort, wo größte Vorsicht geboten erscheint, bis zu 10 angenommen wird. Bei Langpfählen ist durch Benutzung der Knickformel (vgl. Bd. 5, S. 519 ff.) die zulässige Belastung des Pfahles zu prüfen. Für Projektierungen darf man dann, wenn Probepfähle nicht eingetrieben, also P auf Grund vorstehender Anleitung nicht ermittelt werden kann, auch bei größter Vorsicht für die Grundpfähle als gut zulässige Belastung P für 1 qcm Pfahlkopffläche annehmen: bei Moorboden 1–1,5 kg, bei lehmiger steiniger Erde u.s.w. 3–5 kg, bei festem Ton- und Sandboden 7–8 kg. Unter günstigen Verhältnissen geht man mit der Belastung weit höher, oft auf das Zwei- bis Fünffache der hier angegebenen Werte. Hiernach ergeben sich etwa folgende Minimalwerte von P für Grundpfähle:

Damit die Pfähle leichter in den Boden eindringen, werden sie unten mit einer Spitze versehen; letztere wird meist als vierseitige Pyramide oder kegelförmig hergestellt (Fig. 1). Für seiten und steinigen Boden erhalten die Pfähle Pfahlschuhe aus Schmiedeeisen (Fig. 2), Gußeisen (Fig. 3 u. 4) und solche mit gußeiserner Spitze und schmiedeeisernen Federn. In neuester Zeit werden kegelförmige Stahlschuhe für die Pfahlspitzen verwendet. Da und dort bringt man an den Pfahlschuhen noch besondere Ringe an zum Festhalten der Federn; die Konstruktionen sind überhaupt sehr mannigfaltig. Wenn mit schweren Rammbären (großem Q) und großer Fallhöhe gearbeitet wird (s. Rammen), müssen die Pfahlköpfe zum Schütze gegen Splittern mit schweren eisernen Ringen (von 25 bis 50 mm Stärke und 60–100 mm Höhe) versehen werden, die sich nach oben im Verhältnis 1 : 10 verjüngen. Das Eintreiben der Holzpfähle erfolgt fast allgemein mit Rammen (s.d.); nur kleinere Pfähle von 10–12 cm Durchmesser und bis 1,5 m Länge im Boden werden mit dem Schlegel eingetrieben. Besteht der Boden aus leicht abflößbarem Material (Sand und Kies, lehmigem Geschiebe u.s.w.), so kann das Eintreiben auch mit Hilfe von Wasserspülung erfolgen. Dabei wird ein schmiedeeisernes Rohr von 40 bis 50 mm Lichtweite in eine Nut des Pfahles gelegt und an der Pfahlspitze mit einer Krampe (s.d.) befestigt; dann schließt man dasselbe an eine Wasserleitung mit ca. 3–4 Atmosphären Betriebsdruck (je nach der Bodenbeschaffenheit auch nur ¹/₂ Atmosphäre) an. Das an der Pfahlspitze austretende Wasser lockert den Boden um diese und den Pfahlumfang, so daß der Pfahl teils durch seine Eigenschwere, teils durch aufgesetzte Last oder leichte Schläge abwärts dringen kann. Selbstverständlich legt sich nach erfolgter Versenkung der Boden wieder an; jedoch kann die Tragfähigkeit nicht mit der Sicherheit wie bei gerammten Pfählen festgestellt werden. Im Torfboden und Lehmboden hat das Spülverfahren keine oder nur eine sehr geringe Wirkung. Ausnahmsweise werden Holzpfähle auch eingeschraubt (vgl. Fig. 5); der Pfahl wird in den Kern der Schraube eingelassen und vermittelst Durchsteckstifts befestigt, kann aber in schwerem Boden nur seiten unbeschädigt auf größere Tiefen herabgebracht werden.

[78] 2. Eisenpfähle. Häufig, insbesondere bei Stauanlagen, ist man gezwungen, Bauteile im Boden gegen Auftrieb oder Abschwemmen zu beteiligen, sie sozusagen anzunageln. Ist der Untergrund fest, z.B. Fels, Konglomerat u.s.w., so werden massive eiserne Pfähle (sogenannte Nadeln) in der Regel so in denselben eingelassen, daß ein Loch vorgebohrt, die Nadel eingestellt und mit Beton vergossen wird. Im Kies und Sandboden u.s.w. werden eiserne Nadeln vielfach als Stützen von Stauwänden eingerammt (s. Stauanlagen), wobei es aber nicht erforderlich ist, die Eisen (z.B. Doppel-⊤-Eisen, ∪-Eisen u. dergl.) mit besonderer Schneide zu versehen, da sie beim Einrammen ohne weitere Vorkehrung auch auf größere Tiefen leicht ziehen. Manchmal

werden massive eiserne Nadeln auch eingeschraubt (vgl. Fig. 6), wenn es die Bodenbeschaffenheit zuläßt.

Fundamentpfähle aus Eisen werden größtenteils hohl mit 0,1–1,0 m Durchmesser bei 20–50 mm Wandstärke hergestellt; man treibt sie nicht durch Rammen ab, sondern schraubt sie entweder in den Boden ein (möglich in allen Bodenarten, die keine großen Steine enthalten oder mit Konglomeraten durchsetzt sind) oder versenkt die Hohlkörper durch Wasserspülung (nur möglich in Sand und seinem Kies). Die Schraubenpfähle sind entweder unten offen (Fig. 7) oder geschlossen und mit Spitzenschraube versehen (ähnlich Fig. 5 bezw. 6); im ersten Falle wird der in den hohlen Pfahl eindringende Boden entweder ausgelöffelt oder ausgespült; auch ordnet man zuweilen im Holzpfahl selbst ein zweites Gewinde von der doppelten Steigung des äußeren an. Die äußeren Schrauben haben bei den unten offenen Pfählen in der Regel 1–1,5 m Durchmesser und erhalten im weichen Boden 20–30° Steigung und eine bis anderthalb Windungen. Das Eindrehen erfolgt von Gerüsten aus mit starken Haspeln. – An Stelle der hohlen eisernen Spitzpfähle treten heutzutage überall die Betoneisenpfähle. – Scheibenpfähle (Fig. 8) werden durch Wasserspülung versenkt und erhalten unten eine Scheibe von etwa dem doppelten Durchmesser des hohlen Pfahles. – Man hat früher [1] die hohlen eisernen Fundamentpfähle vielfach dort benutzt, wo Holzpfähle wegen des Bohrwurms und des Faulens über Wasser oder wegen der Unmöglichkeit, sie einzurammen, nicht angewendet werden konnten; heute setzt man an ihre Stelle Betoneisenpfähle, und es kann nur noch der letztgenannte Grund Anlaß zu ihrer Verwendung geben.

3. Betoneisenpfähle und Betonpfähle. Wenn bei einer Pfahlgründung Holzpfähle aus den ebenerwähnten Ursachen unzweckmäßig sind, so tritt in den meisten Fällen an Stelle des Holzes der Beton, entweder armiert oder als Füllung einer vorgeschlagenen Bodenaushöhlung. Pfähle aus armiertem Beton (Betoneisenpfähle) sind teurer als Holzpfähle; man kann sie aber auch auf Holzpfähle aufpfropfen [3], um in dem Teile[79] des Untergrundes, der nicht ständig 0,6 m unter Wasser steht, ein haltbares Fundament zu erzielen. Wir unterscheiden:

Armierte Betonpfähle nach Hennebique. Die Pfähle haben dreieckigen [4], quadratischen [5] oder polygonalen Querschnitt. Nach Art der Säulen liegt in jeder Ecke ein Längsstab, die Stäbe sind unter sich durch Bügel verbunden. Fig. 9 zeigt Querschnitt und Aufriß eines sechsseitigen Pfahles [6]. Entsprechend dem großen Pfahlgewicht sind schwere Rammen mit Bärgewichten bis zu 4000 kg in Verwendung. Aus diesem Grunde und wegen der Sprödigkeit des Betons bedarf der Pfahlkopf eines besonderen Schutzes, der »Schlaghaube«. Fig. 10 zeigt die von Züblin in Straßburg verwendete Schlaghaube [5], [7]. Der Raum zwischen Pfahlkopf und Haube wird mit einem schlagverteilenden Mittel (Sägespäne, Sand) ausgefüllt. Die Pfahlspitze wird durch einen Schuh aus Eisenblech oder Gußstahl gebildet. Fig. 11 zeigt einen dem Ingenieur Züblin patentierten gußstählernen Schuh, welcher mit dem Armierungseisen durch Eintreiben eines eisernen Dornes in fette Verbindung gebracht werden kann. Die Herstellung der Pfähle geschieht mittels Holzschalungen, in welche der Beton eingestampft oder eingegossen wird. Während man bei den ersten Ausführungen die Pfähle stehend herstellen zu müssen glaubte, führt man dieselben ohne Nachteil heute fall allgemein liegend aus, weil dadurch die bedeutenden Gerüstkosten und die erschwerten Arbeitsbedingungen in Wegfall kommen. Das Mischungsverhältnis des Betons wird etwa zu 1 Zement: 1¹/₂ Sand: 3 Kies oder Steinschlag genommen. Je kürzer die zur Verfügung stehende Erhärtungszeit in, um so fetter muß die Mischung sein.

Armierte Betonpfähle nach Confidère. Bei denselben bestehen die Eiseneinlagen aus einer Spiralarmierung [6]. Der achtseitige Querschnitt ist der gebräuchlichste, weil sich dabei die Spiralen dem Umfang am bellen anschmiegen können. Fig. 12 zeigt einen derartigen Pfahl. Sie gestatten eine einfachere Haubenkonstruktion, da der umschnürte Beton widerstandsfähiger ist. Neuerdings wendet man überhaupt keine Haube mehr an, sondern läßt den Bär direkt auf den Pfahl wirken. Eine Verstärkung der Verschnürung am Kopf und Fuß ist vorteilhaft.

Betonpfähle mit Vorschlagvorrichtung. Ein Nachteil der armierten Betonpfähle ist der, daß zu ihrer Erhärtung eine Frist von 4–6 Wochen nötig ist. Bei dringlichen Bauten bedeutet ihre Anwendung eine Verzögerung der Bauausführung um ebengenannte Zeit. Ein weiterer Nachteil beliebt darin, daß es nicht immer möglich ist, die benötigte Pfahllänge mit Sicherheit vorauszubestimmen, so daß häufig zeitraubende und kostspielige Anstückungen und Abnahmen der Pfähle nötig werden. Diesen Uebelständen helfen die nachgenannten Pfähle mit Vorschlagvorrichtung ab. Hierbei wird der Pfahl erst im Boden hergestellt.

Raymondpfähle. Zu ihrer Herstellung wird ein nach unten stark verjüngter Gußstahlkern in den Boden gerammt [7]. Wie aus Fig. 13 ersichtlich ist, besteht der »Rammlern« aus zwei durch Gelenklappen miteinander verbundenen Längshälften A und A₁. Diese werden durch einen Querkeil in der für das Einrammen erforderlichen gegenseitigen Stellung gehalten. Nach dem Einrammen wird der Keil herausgenommen und durch einen Schlag auf die eine Hälfte A₁ diese der andern Hälfte A genähert, so daß eine Querschnittsverminderung entsteht und der Rammlern mühelos herausgezogen werden kann. In standfestem Boden werden die beiden offenen Längsfugen zwischen den Kernhälften durch dünne Blechstreifen abgedeckt, um den Eintritt von Erde in den Hohlraum des Rammkerns zu verhindern. Bei nicht standfestem Boden wird der Rammlern vorher mit einer Hülfe D aus Blech umgeben, welche in dem Boden verbleibt und als Aussteifung und Abdichtung dient. Nach dem Herausziehen des Rammkerns wird das entstandene Loch mit Beton ausgefüllt. Außer der in Fig. 13 dargestellten Form des Rammkerns sind noch verschiedene andre Formen im Gebrauch [8].

[80] Simplexpfähle. Zu ihrer Herstellung wird eine dem Durchmesser des Pfahles entsprechende schmiedeeiserne Röhre, die mit einem eingedeckten Pfahlschuh aus Gußstahl oder Beton versehen ist (Fig. 14), in den Boden gerammt, bis die genügende Tragfähigkeit vorhanden ist. Hierauf wird die Röhre ungefähr 1 m hoch mit Beton gefüllt, 60 cm herausgezogen, wieder mit Beton gefüllt, abermals etwas herausgezogen und dieser Vorgang bis zur vollständigen Entfernung der Röhre fortgesetzt. Vgl. a. D.R.P. Nr. 187815.

Der im Boden verbleibende Pfahlschuh bildet immerhin einen Verlust; deshalb wird neuerdings eine einem Alligatorrachen ähnliche Spitze verwendet. Die beiden Hälften derselben sind mit Scharnieren an dem Treibrohr befestigt und greifen mit Zähnen ineinander. Beim Einschlagen ist der Rachen fest verschlossen. Er öffnet sich beim Einrammen des Betons, so daß das Rohr samt dem geöffneten Pfahlschuh sukzessive zurückgezogen werden kann. Fig. 15 zeigt das zurückgezogene Treibrohr mit geöffnetem Alligator samt dem Fallstößel zum Einrammen des Betons.

Weitere Angaben über Betoneisenpfähle und Betonpfähle s. [8].

Literatur: [1] Brennecke, L., Der Grundbau, Berlin 1887; Ergänzungen dazu, Berlin 1895. – [2] Weisbach, J., Lehrbuch der Ingenieur- und Maschinentechnik, 1. Teil, 318, S. 591, Braunschweig 1855. – [3] Deutsche Bauztg. 1904, S. 32. – [4] Ebend. 1902, S. 647. – [5] »Beton und Eisen« 1904, S. 65–70. – [6] Handbuch für Eisenbetonbau, Bd. 3, Berlin, W. Ernst & Sohn, 1907. – [7] Hilgard, Ueber neuere Fundierungsmethoden mit Betonpfählen, Schweizer. Bauztg. 1907. – [8] Zeitschr. »Beton und Eisen«, »Zement und Beton«, Zeitschr. des Oesterr. Ing.- u. Arch.-Ver., Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. (1905, S. 452, 1907, S. 1919 ff.), Zentralbl. der Bauverwalt. 1907, Deutscher Betonkalender, Berlin 1908, u.a.m., auf deren Inhaltsverzeichnisse wir verweisen.

Lueger.

Fig. 1., Fig. 2.

Fig. 3., Fig. 4., Fig. 5

Fig. 6., Fig. 7., Fig. 8., Fig. 9.

Fig. 10.

Fig. 11., Fig. 12.

Fig. 13.

Fig. 14.

Fig. 15.

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Vor der vielfach verwendeten Sogenannten Brixschen Formel: W = Q2q h : s (Q + q)2 wird gewarnt; sie führt insbesondere für relativ große Werte von Q zu ganz falschen Resultaten. Sind die Pfähle im Verhältnis zum Bärgewicht Q leicht, so kann man W s = Q h setzen; übrigens ist die oben angeschriebene Gleichgewichtsbedingung so einfach, daß man sie besser in allen Fällen beibehält. Weitere Formeln hat Brennecke [1] aufgeteilt; vgl. a. [2].