Pfahlrost
,
[* 2] ein Bauwerk aus in die Erde eingetriebenen Pfählen, welches als Gründung (s. Grundbau) [* 3] angewendet wird. Das Eintreiben der Pfähle kann geschehen durch Einrammen, Einschrauben oder Einspritzen mittels Druckwasser. Das Einrammen geschieht durch eine Ramme [* 4] (s. d.), das Einschrauben durch Anbringung eines Schraubenschuhes von der in [* 1] Fig. 9 des Artikels Grundbau ersichtlichen Form. Die Schraube ist bei Holzpfählen weniger gut als bei eisernen Pfählen zu verwenden. Das Einspritzen der Pfähle, neuerdings sehr beliebt, geschieht in der Art, daß an dem einzelnen Pfahle ein unten offenes Rohr befestigt wird, in welches von oben her Wasser in reichlicher Menge eingepumpt oder durch den Druck einer Wasserleitung [* 5] eingelassen wird. Dieses ¶
Grundbau
[* 3] (Fundament, hierzu Tafel »Grundbau«),
der Inbegriff aller Bauarbeiten, welche einem Bauwerk einen festen Stand auf dem Baugrund verschaffen, wechselt mit der sehr verschiedenen Beschaffenheit des letztern, welche vor Beginn des Baues sorgfältig zu prüfen ist. Diese Prüfung erfolgt entweder durch Eintreiben von Pfählen, aus deren Eindringen man auf die Widerstandsfähigkeit, oder durch Bohrungen, aus deren Ergebnissen (Bohrproben) man auf die Art des Baugrundes schließt. Derselbe ist teils fest und dann in einer geringern Tiefe von 1-3 m (fester Obergrund) oder in einer größern Tiefe von 3-20 m (fester Untergrund) zu erreichen, teils unfest, d. h. erst in unerreichbarer oder allzu schwierig erreichbarer Tiefe fest.
Näheres s. Baugrund. Läßt der unfeste Baugrund eine Verbesserung zu, so geschieht dies teils durch Dichtung (Kompression) mittels eingetriebener hölzerner Füllpfähle (unter Niedrigwasser), Steinsäulen oder wagerecht festgerammter Steinschichten (Rollschichten), teils durch Entwässerung, z. B. nasser Thon- und Lehmschichten, teils durch Bewässerung, z. B. lose aufgeschütteten Sandes, welcher hierdurch eine größere Dichtigkeit annimmt, teils durch vollständige Beseitigung und Ersatz desselben durch festen Baugrund, z. B. Steinschotter, Kies oder Sand. Der Grundbau auf festem Obergrund ist der einfachste und erfordert nach dem Grad seiner Festigkeit [* 7] entweder keine oder eine nur mäßige Verbreiterung der Gründungsbasis zur Vergrößerung der tragenden Fläche des Baugrundes durch Vorsprünge oder Absätze des Fundaments. Diese Vorsprünge bestehen entweder aus Mauerwerk (Mauerabsätze, s. Tafel »Grundbau«, Fig. 1), Holzwerk (liegender Rost, [* 6] Fig. 2) oder zwischen hölzernen Spundwänden eingeschlossenen Betonlagen [* 6] (Fig. 3). Der Grundbau auf festem Untergrund erfordert ein Übertragen der Gebäudelast durch die unfesten auf die festen Bodenschichten teils durch einzelne steinerne Pfeiler (Erdpfeiler, Grundpfeiler, [* 6] Fig. 4), teils durch steinerne Röhren [* 8] (Senkbrunnen) von rundem oder rechteckigem Querschnitt auf ring- oder rahmenförmiger eiserner oder hölzerner Unterlage (Kranz, Schling, [* 6] Fig. 5), teils durch eingeschraubte hohle gußeiserne oder massive walzeiserne Pfähle [* 6] (Fig. 6), teils durch eiserne, ohne oder mit Hilfe von verdünnter oder meist verdichteter Luft versenkte, nach der Versenkung mit Beton gefüllte Röhren (Senkröhren, hohle eiserne Rostpfähle, [* 6] Fig. 7 und 8), teils endlich durch hölzerne, in hinreichender Zahl eingerammte Rostpfähle (Pfahlrost, Fig. 9). Der Grundbau auf unfestem Baugrund erfordert entweder eine ausgedehnte Verbreiterung der Gründungsbasis mittels umgekehrter, zwischen die Basis von Wänden oder Pfeilern eingespannter Gewölbe [* 9] (Grund-Erdbogen, [* 6] Fig. 10), mittels weit vorspringender, starker hölzerner Schwellroste [* 6] (Fig. 11), mittels weit über die Gründungsbasis ausgebreiteter Sand-, Kies- oder Steinschüttungen [* 6] (Fig. 12 und 13), oder die Erzeugung einer hinlänglichen Seitenreibung an dem das Fundament umgebenden, unfesten Baugrund mittels Senkbrunnen [* 6] (Fig. 14), mittels eingerammter Holzpfähle [* 6] (Fig. 15) oder mittels sogen., durch Füllung von Rammlöchern mit Sand gebildeter Sandpfähle [* 6] (Fig. 16). Die Anordnung des Grundbaues ist verschieden, je nachdem der darauf wirkende Druck des Bauwerkes ein ganz oder nahezu lotrechter oder ein nach rückwärts oder vorwärts geneigter ist. Im erstern Fall, welcher bei den meisten Hochbauten vorliegt, erhält der Grundbau am zweckmäßigsten eine wagerechte [* 6] (Fig. 17), im letztern Fall entweder eine ¶
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geneigte, zur Druckrichtung ganz oder nahezu normale [* 3] (Fig. 18, 19 u. 20) oder eine derart gebrochene oder gezahnte Gründungsbasis, daß jede Verschiebung des Grundbaues hierdurch vermieden wird. Der Grundbau der Widerlagpfeiler gewölbter Brücken, [* 11] welcher dem landwärts gerichteten Seitendruck ihrer Gewölbe ausgesetzt ist, erhält hiernach entweder die in [* 3] Fig. 21 dargestellte gebrochene oder die in [* 3] Fig. 22 u. 23 dargestellte gezahnte und getreppte Form; der Grundbau der Ankerpfeiler von Hängebrücken, welcher dem nach der Brückenöffnung hin gerichteten Zug ihrer Tragketten zu widerstehen hat, entweder die in [* 3] Fig. 24 dargestellte gebrochene oder die in [* 3] Fig. 25 dargestellte gezahnte Form.
Die Ausführung des Grundbaues oder die Gründung erfolgt entweder im Trocknen, wie bei den meisten Hochbauten, oder im Wasser, wie bei den meisten Brückenbauten. Im erstern Fall wird ein Ausheben der Baugrube entweder nur mit mehr oder minder steilen Böschungen oder mit abgesprießten Wänden, im letztern Fall eine vollständige oder teilweise Beseitigung des Wassers durch Wasserschöpfen, Auspumpen oder Auspressen mittels komprimierter Luft erforderlich. Das Ausschöpfen und Auspumpen erfolgt zwischen möglichst wasserdichten, sogen. Fangdämmen (s. Fangdamm), das Auspressen des Wassers durch Einpressen von verdichteter Luft in den zur Lösung des Bodens bestimmten luft- und wasserdichten Arbeitsraum des Fundaments (Arbeitskammer), die dem Gesamtdruck der äußern Luft und der äußern Wassersäule das Gleichgewicht [* 12] hält (pneumatische Fundation).
Eine Reduktion der kostspieligen Wasserförderung erzielt man unter anderm durch Anwendung einzelner kleiner Senkbrunnen, welche man von innen ausbaggert und hierdurch zum Sinken bringt, während man sie über Wasser allmählich aufmauert, oder durch Anwendung von meist hölzernen, kalfaterten Senkkasten, welche zunächst auf dem Wasser schwimmen und unter der Last der Mauerung des Pfeilers allmählich auf den natürlichen oder künstlich befestigten Baugrund niedersinken.
Auch die zwischen hölzernen oder eisernen Spundwänden in großen Trichtern versenkten Betonlagen, welche unter Wasser erhärten, gestatten eine erhebliche Verminderung des Wasserschöpfens. Die Beseitigung des Wassers, welches aus wasserführenden Schichten in eine Baugrube eindringt, läßt sich nach dem Vorgang von Pötsch beim Abteufen von Schächten in schwimmendem Gebirge in besondern Fällen auch dadurch bewirken, daß man jene Schicht da, wo sie die Baugrube durchsetzt, künstlich gefrieren läßt und so eine Umschließung derselben durch eine Eiswand herstellt, welchenom Wasser nicht mehr durchdrungen wird.
Zur Übertragung der Kälte auf den Schwemmsand verwendet Pötsch Chlormagnesium, bez. Chlorcalciumlauge, deren Gefrierpunkt bei etwa -40° C. liegt, und deren Temperatur mittels einer Eismaschine auf etwa -25° C. gebracht wird. Durch eine Druckpumpe wird dieselbe einem im Schacht stehenden Röhrensystem zugeführt, welches aus einer ringsum an den Schachtwänden niedergebrachten Reihe von unten geschlossenen Röhren von ca. 20 cm Durchmesser, worin wieder engere, ca. 3 cm weite, unten mit seitlichen Öffnungen versehene Röhren stecken, besteht.
Die Röhren stehen mit einem gemeinschaftlichen Einfall- und Steigrohr in Verbindung, durch welches die Lauge bez. niedersinkt und wieder zum Kühlapparat emporsteigt, um aufs neue abgekühlt zu werden. Den ähnlichen Kreislauf [* 13] beschreibt die Lauge in den einzelnen Röhren. Textfig. 26 gibt das von Pötsch am Archibaldschacht in Schneidlingen zur Erschließung eines Kohlenflözes angewandte Gefrierverfahren [* 14] wieder, wobei F und S bez. das erwähnte Fall- und Steigrohr darstellen. Durch
[* 3] ^[Abb.: Fig. 27. Pneumatische Fundation.]
[* 3] ^[Abb.: Fig. 26. Abteufen von Schächten nach dem Gefrierverfahren.] ¶
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ersteres gelangte die Lauge in die weitern lotrechten Röhren, an deren Wänden sie Wärme [* 16] aufnahm und dadurch den umgebenden Schwemmsand zum Gefrieren brachte, worauf sie durch die innern Röhren in das sie verbindende Querrohr und von da durch das Steigrohr S zu dem Kühlapparat emporstieg. Auf diese Weise wurde der gefrorne Sandkegel ab cd erzeugt, welcher nunmehr ohne Wasserhebung unter Anwendung von Schlegel- und Eisenarbeit wie Felsen bis zu dem Kohlenflöz durchbrochen wurde.
Bei Gründung von Brückenpfeilern, Kaimauern u. dgl. bei größern Wassertiefen findet in neuerer Zeit die pneumatische Fundation immer ausgedehntere Anwendung. Hierbei steht die Arbeitskammer A (Textfig. 27), worin die Lösung des Bodens durch Arbeiter bewirkt wird, durch die zur Förderung des gelösten Bodens und zum Auf- und Absteigen der Arbeiter bestimmten Schächte SS mit der Luftschleuse L in Verbindung, durch welche die Beseitigung des gelösten Bodens sowie das Aus- und Einsteigen der Arbeiter vermittelt wird, und welche deshalb mit einer innern und einer äußern Klappe versehen ist.
Durch die von der Luftkompressionspumpe mittels des Rohrs R in die Luftschleuse geführte komprimierte Luft wird zunächst das im Innern des Pfeilers befindliche Wasser ausgepreßt, worauf das Einsteigen der Arbeiter durch die äußere Luftklappe, während die innere noch geschlossen ist, erfolgt. Ist hierauf die erstere geschlossen, die letztere geöffnet, so steigen die Arbeiter in die Arbeitskammer nieder, wo sie den Boden vorzugsweise am Rande des Pfeilers lösen und diesen dadurch allmählich zum Sinken bringen.
Der gelöste Boden wird in Kübeln aufgewunden und durch die beiden erwähnten Luftklappen, welche abwechselnd geschlossen und geöffnet sind, nach außen befördert und dort in den Fluß gestürzt oder auf Kähnen weggefahren. Gleichzeitig wird der Zwischenraum über der Arbeitskammer A und zwischen den Außenwänden und Schächten SS mit Beton oder Mauerwerk ausgefüllt und durch die Belastung die Einsenkung des Pfeilers befördert. Erst nachdem der Pfeiler, welcher seinem Einsinken entsprechend nach oben verlängert wird, den festen Baugrund erreicht hat, werden die Arbeitskammer sowie die beiden Schächte mit Beton oder Mauerwerk ausgefüllt und auf diese Weise ein massiver Pfeiler mit eisernem oder gemauertem Mantel geschaffen. Im letztern Fall ruht das Mauerwerk auf dem eisernen Kasten C (caisson, Textfig. 28), welcher die Arbeitskammer enthält, und in welchen mehrere eiserne Schächte münden, die oben mit Luftschleusen L versehen sind und teils als Förderschächte F, teils als Steigeschächte S dienen. Bei sehr starken Pfeilern, z. B. bei der East River-Brücke bei New York, hat man, um an Gewicht und Kosten zu sparen, statt des Eisens festes Holz [* 17] zur Herstellung von Caissons verwandt. Bei andern Pfeilern, z. B. von Drehbrücken, [* 18] hat man nur Decke [* 19] und Rand der Arbeitskammer sowie die Schächte aus Eisen, [* 20] alles übrige aus Mauerwerk (Textfig. 29) hergestellt. Um die Arbeit zur Verdichtung der Luft zu sparen und die Luftschleusen bei der während der Einsenkung des Pfeilers erforderlichen Verlängerung [* 21] der Schächte nicht immer abnehmen und wieder aufsetzen zu müssen, hat man die Luftschleusen bei Gründung der Brücke [* 22] über den Mississippi bei St. Louis unmittelbar über der Arbeitskammer angebracht und sowohl die Förder- als auch die Steigeschächte oben offen gelassen.
Die Tiefe, auf welche das pneumatische Verfahren ausführbar erscheint, beträgt 20 bis höchstens 30 m unter dem Wasserspiegel, welche einen Druck der komprimierten Luft von 3-4 Atmosphären erfordert, um der äußern Wassersäule das Gleichgewicht zu halten: ein Luftdruck, in welchem Menschen gerade noch leben und arbeiten können. Während man anfangs nur Röhrenpfeiler mit etwa 79 qm Basis pneumatisch versenkte, zeigen die oben erwähnten Pfeiler der East River-Brücke bereits eine Basis von 1594 und 1632 qm.
Die möglichst lange Erhaltung des Grundbaues
[* 15] ^[Abb.: Fig. 28. Pneumatische Fundation.]
[* 15] ^[Abb.: Fig. 29. Pneumatische Fundation.] ¶