Sobald allerdings ein Baugrund auf unterschiedlich dicken und dichten Schichten steht oder felsiger Grund erst in vielen Metern Tiefe erreicht wird, würde ein Gebäude ohne Pfahlgrund bei Erschütterungen oder durch wetterbedingte Veränderungen der Bodenfestigkeit rasch rissig werden, sich neigen oder gänzlich zerstört werden. Bauwerke mit einer erschütterungsintensiven Nutzung wie Brücken oder große Lagergebäude könnten ohne das Ableiten der Traglasten über die Pfahlsysteme nicht sicher betrieben werden. Deshalb gilt für sie die Notwendigkeit, zuerst Pfahlgründungen zu setzen und erst danach mit Bodenplatten und weiteren Bauelementen in die Höhe zu arbeiten.
Unterschiedliche Pfahlgründungen
Pfähle müssen nicht nur die Last der darüber errichteten Bauwerke aushalten. Sie kompensieren auch Unterschiede der Bodenqualität bei verschiedenen Witterungsbedingungen. Deshalb wird beim Grundbau zwischen folgenden Gründungsvarianten unterschieden:
Tiefgründung
Bei der Tiefgründung genügt ein direktes Ableiten der Bauwerkslast unter dem Bauwerk in den Boden nicht. Vielmehr werden die Pfahlsysteme so tief in die Erde gerammt oder gebohrt, bis eine tragfähige Schicht unterhalb der oberflächennahen Grundschichten erreicht ist. Die Krafteinleitung unter dem Grundbau erfolgt hierbei über Mantelreibung und Spitzendruck. Diese Art der Bauwerksstabilisierung ist deutlich älter als die Flachgründung und wurde ursprünglich mit Holzpfählen ausgeführt. Moderne Pfahlsysteme werden aus Stahlbeton, Stahlfaserbeton oder Spanbeton hergestellt.
Flachgründung
Flachgründung bedeutet, dass die Pfahlsysteme die Bauwerkslasten direkt unter dem Bauwerk in den Untergrund leiten. Bei diesem Grundbau ist zu berücksichtigen, dass Frost die Beschaffenheit des Bodens verändert. So können frostbedingte Hebungen und Senkungen des Erdreichs das Bauwerk beschädigen. Anders als die Tiefgründung ist diese flachere Variante wirtschaftlicher, aber nur dort geeignet, wo bereits die oberflächlichen Bodenschichten bei allen Wettern die notwendige Stabilität langfristig bieten.
Pfähle und Pfahlsysteme
Für die Auswahl des passenden Pfahlsystems ist eine detaillierte Analyse des Bodens sowie die fachkundige Einschätzung der Traglast wichtig. Dementsprechend kommen für unterschiedliche Projekte diese Gründungspfähle zum Einsatz:
Centrum Pfahl
Centrum Pfahl sind Fertigteilpfähle aus Stahlbeton. Sie werden im Boden durch Einrammen befestigt. Die verwendeten Materialien zeichnen sich durch gute Umweltverträglichkeit und hohe Tragfähigkeit aus. Diese lässt sich projektabhängig deutlich durch das Einbringen mehrerer Fertigpfähle erhöhen. Für die Qualität bei einer Tiefgründung gelten die aktuellen Vorschriften DIN EN 12694 und DIN EN 12699.
Durch die automatisierte Herstellung jedes Pfahls ist eine Betongüte von min. C50/60 gewährleistet und wird regelmäßig während des Produktionsprozesses überprüft. Die äußere Tragfähigkeit nach DIN EN 1997-1 und DIN 1054 bestimmen Mantelreibung am Pfahlschaft und Spitzenwiderstand an der Pfahlspitze. Für die Planung werden Kriterien der Beanspruchung des Bauwerks wie horizontale Baugrundbelastung durch Fließdruck oder Windbelastung des Bauwerks berücksichtigt. Ebenfalls fließen in die Planung der Centrum Pfahlsysteme ein Knicknachweis bei breiigen Böden oder betonangreifenden Substanzen im Grundwasser ein.
Injektionspfahl
Ein Injektionspfahl kommt dort zum Einsatz, wo schadstoffbelastetes Wasser beim Injizieren des Pfahls in den tragfähigen Boden keine weiteren Bodenschichten durchdringen soll. Während des Einrammens wird daher eine Suspension aus Bentonit-Zement in den Injektionspfahl gepumpt und durch eine im Pfahl befindliche Verteilerbox ausgepresst. Wie eine Kappe liegt diese nun um den Pfahl und hält das Wasser vom tieferen Eindringen ab. Neben dem Abhalten von Schadstoffen fallen bei dieser Art des Einrammens weder Aushubmaterial noch Bohrgut an. Der Schichtenaufbau des Untergrunds wird hierbei nicht gestört. Die sofortige Dichtwirkung bleibt anschließend dauerhaft bestehen. Injektionspfähle werden bei der Planung von Projekten analytisch, empirisch, statisch und dynamisch berechnet. Daraus ergibt sich die letztendliche äußere Tragfähigkeit nach DIN 1054 und EC 7 vom 01.07.2012. Die tatsächliche Tragfähigkeit in der Baupraxis kann mit bereits vorhandenen, langfristigen Probebelastungen bei vergleichbaren Bodenverhältnissen zuverlässig eingeschätzt werden.
Kupplungspfahl
Das Einbringen von vorgefertigten Rammpfählen ist vielen Beobachtern seit langem aus dem Bau vertraut. Es werden dabei dicke, weiche Untergründe durchteuft und der Pfahl solide auf tragfähigem Baugrund fixiert. Statt einen riesigen Kupplungspfahl umständlich zur Baustelle zu transportieren, besteht er aus einzelnen Pfahlsegmenten mit tragfähigen Pfahlverbindungen. Die Pfahlkupplungen verbinden vor Ort Pfahllängen von 18 Metern und mehr, sodass die statischen Eigenschaften unter dem Bauwerk dauerhaft erhalten bleiben. Auch hier müssen nach Länge der Pfahlverbindungen Last des Bauwerks, Wetterdruck und Bodenbeschaffenheit für das Errechnen der äußeren Tragfähigkeit herangezogen werden. Beispielsweise sind von besonderen Bauwerken funktionierende Pfahllängen über mehrere Kupplungen von 55 Metern in der Praxis erprobt.
Energiepfahl
Energiepfähle nutzen die Geothermie, um Ressourcen des Erdreichs nachhaltig und sinnvoll zu nutzen. Erschlossen wird die Erdwärme über einen Erdwärmeschlauch, der im Pfahl durch Erdschichten bis in 18 Meter Tiefe gerammt werden kann. Viele Hausbesitzer nutzen diese jederzeit verfügbare, sich erneuernde und unerschöpfliche Energiequelle für ihren eigenen Wärmebedarf. Der Pfahl selbst ist Teil der Pfahlgründung, erfüllt also mehrere Zwecke in einem Bauteil. Auf den Lastabtrag hat die Energiegewinnung keinen statischen Einfluss. Für die Tragfähigkeitsberechnung werden ohne Einschränkungen die gleichen Berechnungsmethoden wie bei den anderen Pfahlsystemen angewendet. Wichtig für das Ziel der statischen Belastbarkeit sind der Querschnitt und die Pfahllänge.
