Fundamentals of the vibratory driving of piles and sheet piles: Fid-Bau Portal

Fundamentals of the vibratory driving of piles and sheet piles

Massarsch, K. Rainer / Fellenius, Bengt H. / Bodare, Anders

Vibratory driving is a common method for installing or extracting piles and sheet piles as well as for deep vibratory compaction. The most important parameters are vibration frequency, vibration amplitude and eccentric moment. These parameters govern vibratory driving and, in particular, the soil resistance at the toe and along the shaft of a pile. Pile driving causes oscillating horizontal ground vibrations in coarse‐grained soils. It can be shown that these horizontal vibrations reduce the shaft resistance during driving. The process results in a permanent increase in the horizontal effective stress, which causes arching around the vibrated pile. The increase in horizontal effective stress is also important for deep vibratory compaction. The resonance frequency of the vibrator‐pile‐soil system significantly affects pile penetration and the emission of ground vibrations. At resonance, the vertical vibration velocity in the soil reaches a maximum and pile penetration becomes very slow, whereas beyond resonance, the vibration velocity decreases and the pile penetration speed is high. Field monitoring of the vibratory driving process can be used to optimize vibratory pile driving, as examples have shown. A new concept is proposed in which the driveability can be determined from a correlation between penetration resistance measurements (blows/depth) and penetration speed. The validity of the concept is demonstrated by a case history and project references.

Grundlagen des Vibrationsrammens von Pfählen und Spundbohlen.

Vibrationsrammen ist ein effektives Verfahren zum Einbringen oder Ziehen von Spundwänden und Pfählen sowie für die Tiefenverdichtung. Die wichtigsten Parameter sind Schwingfrequenz, Schwingamplitude und statisches Moment. Diese Parameter bestimmenden den Vibrationsvorgang und, insbesondere, den Bodenwiderstand an der Pfahlspitze sowie längs des Pfahlmantels. Das Vibrationsrammen verursacht horizontale Bodenschwingungen in grobkörnigen Böden die den Bodenwiderstand während des Ramm‐ oder Ziehvorganges reduzieren. Durch das Vibrationsrammen wird außerdem die horizontale Effektivspannung dauerhaft erhöht und verursacht eine Gewölbebildung um den Pfahl. Die Erhöhung der horizontalen Effektivspannung ist auch wichtig bei der Tiefenverdichtung mittels Vibratoren. Die Resonanzfrequenz des Vibrator‐Pfahl‐Boden Systems ist ein wichtiger Faktor der den Eindringvorgang von Pfählen und Spundbohlen, sowie die Ausbreitung von Bodenschwingungen beeinflusst. Bei Resonanz erreicht die vertikale Schwingungsgeschwindigkeit im Boden ein Maximum und das Eindringen des Pfahls in den Boden verlangsamt sich markant. Beim Einvibrieren oder Ziehen von Pfählen deutlich über der Resonanzfrequenz nehmen die Bodenschwingungen ab und die Eindringgeschwindigkeit von Pfählen oder Spundbohlen erhöht sich. Durch das Messen verschiedener Schwingparameter kann der Rammvorgang optimiert werden. Ein neues Konzept zur Beurteilung der Rammbarkeit von Pfählen wird vorgestellt, das von der Beziehung zwischen Sondierwiderstand und Eindringgeschwindigkeit des Pfahls ausgeht.