Typen von Königspfählen in Kombiwänden

Einführung: Was sind Königspfähle?

Bei großen Schiffs- und Tiefbauprojekten bieten Spundwände allein oft nicht die erforderliche strukturelle Steifigkeit, um schweren seitlichen Lasten, tiefen Baugruben oder langen Stützmauern standzuhalten. Deshalb werden Königspfähle als primäre Tragelemente in Kombiwandsystemen eingesetzt.

Ein Königspfahl ist ein vertikales Strukturelement – oft ein H-Pfahl, ein Rohrpfahl oder ein Kastenpfahl -, das als Hauptstütze einer Stützmauer dient. Zwischen diesen Königspfählen werden leichtere Spundbohlen eingebaut, so dass ein System entsteht, das Stärke, Effizienz und Kosten in Einklang bringt. Königspfähle werden in der Regel im Abstand von 2,0 bis 3,5 m (projektabhängig) aufgestellt, wobei Zugstangen und Riegel die Lasten auf eine Ankerlinie oder eine Entlastungsplattform übertragen.

Von Kaimauern in stark frequentierten Häfen bis hin zu Fundamenten für Offshore-Windkraftanlagen bilden Königspfähle das Rückgrat für Wände, die dem Wasserdruck, Bodenbelastungen und dynamischen Kräften in der Bauindustrie ausgesetzt sind.

Hauptmerkmale von Königspfählen

• Primäres Lastaufnahmevermögen: Übernehmen den Großteil der vertikalen und seitlichen Lasten; Ausfachungsplatten halten in erster Linie Erde/Wasser zurück.
• Strukturelle Steifigkeit: Entwickelt, um Biegemomenten zu widerstehen, bei denen Spundwände allein versagen würden.
• Vielseitigkeit in der Form: Kann je nach Projektanforderung als H-Träger, Rohrleitung oder geschweißter Kastenpfahl hergestellt werden.
• Integration mit Spundwänden: Mit Schlössern (Verriegelungspunkten) oder geschweißten Verbindern zur Integration mit Spundwänden.
• Anpassungsfähigkeit: Hergestellt in einem breiten Größenspektrum, in hohen Stahlsorten (S355-S460) und mit Beschichtungen, die für Meeresbedingungen geeignet sind.

Arten von Königspfählen

Es gibt drei Hauptkategorien von Königspfählen, die im modernen Bauwesen verwendet werden:

1. H-Pfahl Königspfähle

Beschreibung: Standard warmgewalzte oder geschweißte H-Träger, die als Königspfahl fungieren, mit am oberen Flansch angeschweißten Verbindern.

Verwendung: Häufig in flachen oder mittelhohen Stützmauern, Fangedämmen und Fundamenten.

Vorteile:

• Einfach mit Vibrationshämmern zu installieren.
• Geschweißte H-Träger ermöglichen eine kundenspezifische Flanschbreite/-tiefe, um den Querschnittsmodul einzustellen und die Walzgeometrie anzupassen.
• Gut geeignet für die Integration mit regulären Spundwänden vom Typ U oder Z.
• Kostengünstige Option für Wände mit mittlerer Tragfähigkeit.

Praktischer Hinweis: Wenn in einer Kombiwand größere Pfahlabstände gewünscht sind, kann durch eine Vergrößerung der oberen Flanschbreite eines geschweißten H-Pfahls und eine Anpassung der Blechdicke das erforderliche Widerstandsmoment bei einer effizienteren Gewichtsverteilung erreicht werden. Dies bedeutet, dass insgesamt weniger Königspfähle installiert werden müssen, was die Installationskosten senkt und den Bau beschleunigt – vorausgesetzt, jeder Königspfahl ist mit einem ausreichenden Widerstandsmoment (Steifigkeit) ausgelegt, um die erhöhten Biegebelastungen sicher zu tragen.

2. Königspfähle – Rohrpfähle

Beschreibung: Rohrpfähle mit großem Durchmesser (z.B. LSAW- oder SSAW-Rohre), die als Königspfähle verwendet werden, mit Kupplungen, die an das Rohr geschweißt werden, um es mit der Spundwand zu verbinden.

Verwendung: Wird häufig für hochbelastbare Kaimauern und Kombiwandkonstruktionen verwendet, bei denen eine sehr hohe Biegesteifigkeit und axiale Belastbarkeit erforderlich ist, wie z.B. in Tiefwasserhäfen, Containerterminals und Schüttgutumschlaganlagen.

Vorteile:

• Durch ihre hohe Steifigkeit und axiale Belastbarkeit sind sie ideal für tiefe Einbettungen und schwere Auflast- und Erdbewegungen.
• Flexibilität bei Durchmesser und Wandstärke, so dass die Abmessungen an projektspezifische geotechnische und strukturelle Anforderungen angepasst werden können.
• Kupplungen können an jeder Stelle des 360°-Rohrumfangs geschweißt werden, was Flexibilität bei der Wandausrichtung, in Ecken und an Übergängen ermöglicht.
• Robust unter zyklischen Belastungsbedingungen – wie z.B. wiederholte Wellen-, Gezeiten- und Anlegekräfte, wie sie in Meeresumgebungen typisch sind.
• Im Vergleich zu H-Pfahl-Systemen werden weniger Pfähle benötigt, da Rohre mit großem Durchmesser eine größere Wandbreite abdecken und eine höhere individuelle Steifigkeit bieten.

3. Box Pile Königspfähle (Box Spundwände)

Beschreibung: Kastenspundwände, die durch Schweißen von zwei Spundwänden (typischerweise U oder Z) zu einem geschlossenen Kasten hergestellt werden; manchmal mit Beton gefüllt. Dadurch erhält der Pfahl im Vergleich zu einer einzelnen Spundbohle eine wesentlich höhere Steifigkeit und Festigkeit, während die Kompatibilität mit Standard-Spundwänden erhalten bleibt.

Verwendung: Kastenpfähle werden in der Regel an bestimmten Stellen in einer Spundwand eingesetzt, wo höhere Lasten oder konzentrierte Kräfte aufgenommen werden müssen, z. B. unter schweren Bauwerken, an Anlegepunkten oder Übergängen.

Vorteile:

• Höhere Steifigkeit als eine einzelne Spundwand; die Kompatibilität mit Spundwänden ist ausgezeichnet.
• Kann als unabhängiger Tragpfahl dienen, geeignet für Landungsbrücken, Dalben und tiefe Fundamente.
• Kann überall innerhalb einer Spundwand (gleiche Breite) platziert werden, um konzentrierte vertikale oder horizontale Lasten aufzunehmen
• Kann gefüllt werden (z.B. mit Beton), um die Leistung weiter zu verbessern.
• Typischerweise mit offenem Ende installiert, was Bodenverschiebungen und Hebungen reduziert

Technische Faktoren, die das Design und die Verwendung von Königspfählen beeinflussen

• Widerstandsmoment und Abstände: Die Auswahl von Königspfählen mit einem höheren Widerstandsmoment ermöglicht größere Abstände (oft ~2,0-3,5 m), was die Anzahl der Primärelemente und den damit verbundenen Installationsaufwand reduziert.
• Optimierung der Ausfachung: Da die Königspfähle die Hauptbiegebelastung tragen, können leichtere Ausfachungsspundwände verwendet werden, was die Gesamttonnage des Stahls reduziert.
• Effizienz der Verbindung: Angemessene Flanschbreiten (insbesondere bei H-Trägern) vereinfachen die Ausführung von Riegeln und Zugstangen, was die Herstellung und Montage vor Ort verbessert.
• Rammstrategie: Die Pfahlgeometrie (H vs. rohrförmig) beeinflusst das Eindringverhalten. Zehenschuhe werden häufig in Schotter oder gemischten Böden verwendet, und die Wahl der Vibrations-, Schlag- oder Einpressmethode hängt von den Bodenverhältnissen, Lärmbeschränkungen und Setzungsrisiken ab.
• Haltbarkeit und Lebenszyklus: Langfristige Leistung hängt von Schutzmaßnahmen ab. Beschichtungen sollten den ISO 12944-Klassen entsprechen (z.B. C5-M für Spritzwasser- und Gezeitenzonen), mit Korrosionszuschlägen und speziellen Details an der Schlammlinie und in Spritzwasserzonen, um den langfristigen Dickenverlust zu kontrollieren.

Königspfähle in kombinierten Wandsystemen

Eine Kombipfahlwand (kombiniertes Wandsystem) ist eine Stützmauer, die abwechselnd aus Königspfählen und zwischengeschalteten Spundwänden besteht. Die Königspfähle sind die primär tragenden Elemente, während die Spundwände hauptsächlich als Bodensicherung dienen. Diese Konfiguration bietet die hohe Steifigkeit und Festigkeit, die für moderne Kaimauern, tiefe Ausgrabungen und andere Bauwerke am Wasser erforderlich ist.

Hauptbestandteile:

• Königspfähle: Sie werden in regelmäßigen Abständen (typischerweise 2,0-3,5 m Abstand, je nach Designanforderungen) installiert und widerstehen den meisten Biegemomenten und Axialkräften aus Erd- und Wasserdruck.
• Spundwände zum Ausfüllen: Leichtere Spundwände werden zwischen die Königsbohlen gerammt. Ihre Aufgabe ist es, die Wand zu schließen, den Boden zurückzuhalten und die Last über geschweißte oder ineinandergreifende Verbinder in die Königsbohlen zu übertragen.
• Zugstangen und Gurtungen: Die von der Wand ausgehenden Lasten werden über Zugstangen in den Boden oder die dahinter liegende Ankerstruktur geleitet, wobei Gurtungen (horizontale Balken) die Kräfte gleichmäßig verteilen.

Anwendungen von Königspfählen

Königspfähle sind überall dort unverzichtbar, wo Stützmauern eine hohe Steifigkeit, eine tiefe Verankerung und eine lange Lebensdauer miteinander verbinden müssen. Ihre Fähigkeit, erhebliche Biegemomente und Axiallasten zu tragen, macht sie zu einem Eckpfeiler moderner Wasser- und Tiefbauprojekte.

Häfen und Terminals

• Kaimauern, Containerterminals, Werften und Massengut-Terminals.
• Königspfähle bieten die nötige Steifigkeit, um den Anlegekräften, schweren Kranlasten und dem Druck in der Tiefsee standzuhalten

Schleusen und Dämme

• Wird für Zufahrtsmauern, Widerlager und Stützkonstruktionen an Wasserstraßen verwendet.
• Sorgen Sie für Stabilität, wenn konzentrierte Belastungen durch Tore oder Schiffsanprall widerstandsfähig sein müssen.

Hochwasserschutz und Küstenbefestigungen

• Seemauern, Deiche und Deiche.
• Königspfähle gewährleisten eine langfristige Widerstandsfähigkeit gegen Wellenschlag, Gezeitenschwankungen und Sturmfluten.

Baugrubenverbau und Temporäre Konstruktionen

• Unterstützen Sie tiefe Ausgrabungen in Meeres- oder Flussumgebungen.
• In vielen Fällen wiederverwendbar und damit eine kostengünstige Lösung für temporäre Strukturen.

Industrielle und Infrastrukturfundamente

• Unterstützung für Raffinerien, Küstenanlagen und schwere Maschinen.
• Bieten Sie axiale und laterale Tragfähigkeit, wenn hohe vertikale Lasten und Vibrationen vorhanden sind.

Herstellung und Normen für Königspfähle

Königspfähle werden in verschiedenen Formen hergestellt – warmgewalzte H-Träger, geschweißte H-Pfähle, Rohrpfähle und Kastenspundwände. Unabhängig vom Typ müssen Produktion und Qualitätskontrolle anerkannten internationalen Standards folgen, um Sicherheit, Leistung und Konformität zu gewährleisten.

Einschlägige Produktnormen:

• EN 10248 – Warmgewalzte Spundwände/H-Balken
• EN 10249 – Kaltgeformte Spundwände
• EN 10219 – Geschweißte Hohlprofile (verwendet für Rohrpfähle)
• EN 10025 – Baustahlsorten (z.B. S355, S460)

Ausführungs- und Schweißnormen:

• EN 1090-2 – Ausführung von Stahlkonstruktionen (EXC3/EXC4)
• EN ISO 3834-2 – Qualitätsanforderungen beim Schweißen
• ISO 15614-1 / EN ISO 9606-1 – Schweißverfahren und Schweißerqualifikationen

Qualitätssicherung:

• Werksprüfzeugnisse (EN 10204 3.1 / 3.2)
• Zerstörungsfreie Prüfung (UT, MT, RT) von Schweißnähten und Verbindungen
• Maßprüfungen für die Pfahlgeometrie und die Ausrichtung der Verbinder

Oberflächenschutz:

• Schutzbeschichtungen nach ISO 12944 (C5-M für Spritzwasser-/Gezeitenzonen)
• Feuerverzinkung nach EN ISO 1461 (wo angegeben)
• Korrosionszuschläge und Details im Bereich der Spritzwasserzone

Schlussfolgerung: Warum Königspfähle wichtig sind

Königspfähle sind das Rückgrat von Kombiwänden. Sie bieten die Steifigkeit und Tragfähigkeit, die Spundwände allein nicht erreichen können. Ob H-Pfähle, Rohrpfähle oder Kastenspundwände, sie ermöglichen den sicheren und wirtschaftlichen Bau von Kaimauern, Schleusen, Hochwasserschutzanlagen und tiefen Stützkonstruktionen.

Königspfähle sorgen für eine sichere, widerstandsfähige und langlebige Infrastruktur. Ihre Anpassungsfähigkeit, Kompatibilität mit Füllpfählen und die Einhaltung globaler Normen machen sie zu einer unverzichtbaren Lösung in der komplexen technischen Umgebung von heute.

 

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