tekst:MARIA SZRUBA

Fundamenty palowe Cz. 2. Współczesne metody wykonywania pali

Wykonywanie pali CFA w rurze osłono-wej, fot. Aarsleff Sp. z o.o.

Fundamenty palowe są od wielu lat stosowane w różnych rodzajach bu-downictwa. To obecnie jedna z najpo-pularniejszych metod posadowienia głębokiego na słabych gruntach. Na rynku istnieje wiele rodzajów pali, różniących się od siebie nie tylko geometrią, ale również technologią wykonania. W  niniejszym artykule dokonano przeglądu współcześnie wykorzystywanych, opartych na najnowszych zdobyczach wiedzy technicznej, metod wykonywania pali. Artykuł jest kontynuacją tema-tu podjętego w poprzednim numerze „Nowoczesnego Budownictwa Inży-nieryjnego” [nr 4 (55) lipiec – sier-pień 2014, s. 26–29], gdzie omówio-no charakterystykę i  zastosowanie pali i fundamentów palowych.

78

Czynnikiemniezbędnymdowłaściwegozaprojektowaniapali i fundamentówpa-lowychorazpóźniejszejprawidłowejeks-ploatacjicałegoobiektujestrozpoznaniepodłożagruntowegopodkątemwystarcza-jącegozakresuw planie,a zwłaszczagłębo-kościgwarantującejbezpiecznewykonaniepalio określonejdługości.Bardzoistotnyjestdobórtechnologiioraznajodpowied-niejszegorodzajupalaprzyuwzględnieniuwarunkówgruntowychw kontekścieaktu-alnychzałożeńkonstrukcyjnych.Przyjętatechnologiapowinnaspełniaćwarunkisze-rokorozumianejekologii,uwzględniającrównocześniebezpiecznei ekonomiczneposadowienie.Ważnymi aspektami są:wykonanie analizy obliczeniowej, wy-znaczeniesiłw palach,siłwewnętrznychw fundamencieorazokreślenienośnościi przemieszczeńfundamentuzmierzającychdowiarygodnejocenypełnejzależnościobciążenie–osiadanie.Abyprawidłowozaprojektowaći wykonaćfundament,na-leżyprzyjąći określićszczegółowewarunkiwykonaniafundamentupalowego,a takżewykonaćbadaniakontrolnenośnościi jako-ścipalowania,przeprowadzićpróbneobcią-żeniastatyczne,dynamiczne,jakościi dłu-

gościpali.W całymprocesienależytakżeuwzględnićkontrolępowykonawczącałościposadowienia,pracęzespołubudowla–fundament–podłoże,pomiaryosiadań,ocenęprzemieszczeń,współpracęz podło-żemw czasieorazmonitoringobiektu[1].

Podział fundamentów palowych

Zgodniez obowiązującyminormami,pale dzieli się na wiercone (PN-EN1536:2001)orazprzemieszczeniowe(PN--EN12699:2002).Podstawowypodziałpaliuwzględnia[1]:

� palegotowe,wcześniejprzygotowane(np. drewniane, żelbetowe, stalowe,żeliwne,z  tworzywsztucznych),którewprowadzanesąw podłożezapomocąróżnychtechnik(wbijania,wwibrowy-wania,wciskania,wkręcania,kombinacjitechnikpodstawowych);

� palewykonywanew gruncie,zwykleżelbetowelubbetonowe,wykonanejakowiercone,wbijanez  rurąwyciąganą,wkręcanebezstosowaniaruryosłono-wej,wykonanew technologii iniekcjistrumieniowej( jet grouting).

Wykonywanie pali CFA w porcie lotniczym Kraków Airport w Balicach, fot. Aarsleff Sp. z o.o.

FundamentypaloweŚWIAT

80 Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne Wrzesień – Październik 2014

Pale wbijanePrefabrykowaneżelbetowepalewbijane,

którychstosowaniemiałoswójrenesansw latach70.XXw.,sąobecnieznówsze-rokoużywanez racjinowychmożliwościtechnologicznychi sprzętowych,wykorzy-stującychichlicznezalety.Paleprefabryko-wanezawdzięczająswojeszerokiezastoso-waniezakresowiprzekrojówpoprzecznychorazzróżnicowanejdługości.Wykonywanie prefabrykowanych

żelbetowychpaliwbijanychprzebiegazwyklewedługschematu[2]:wbiciepalaw gruntmłotemwolnospadowym,spa-linowymlubhydraulicznym,pogrążenieelementówpalanapożądanągłębokość,podstawieniepalapodkafar, łączenieelementówpalaw przypadkupali łą-czonych,rozkuciegłowicy,odsłonięciezbrojeniaw celupołączeniaz konstrukcją

oczepu–zależnieodprzyjętegosche-matustatycznego.W budownictwiehydrotechnicznym,

morskimi mostowymnajczęściejstosujesiępalestalowe,wykonanez zamknię-tychlubotwartychrurstalowych,którewbijasięmłotami,jakw przypadkupre-fabrykowanychżelbetowychpaliwbi-janych, lubwprowadzasięprzezwwi-browanie.Rurystalowemająśrednicępowyżej400mm.Palirurowycho śred-nicach800–2500mm,pogrążanychjakopionowe,używasięzwyklejakopodporymostowew nurcierzeki lubelementyurządzeńcumowniczo-odbojowych[2].Palamiw pełniprzemieszczeniowymi,

wykonanymiw gruncie(bezwydobywa-nianapowierzchnię)sąpaleVibro-Fun-dexi Vibrex.Najczęściejstosujesięśred-nicetrzonu457mmi 508mm,średnice

„gubione”podstawystalowej500–700mm,długośćdo25m,nachyleniedo5:1.W przypadkupaliVibro-Fundexdowbiciastalowejruryz uszczelnionąpod-stawąużywasięmłotaspalinowegolubhydraulicznego.Kolejnosuchewnętrzerury,powprowadzeniuzbrojenia,wy-pełniasiębetonem.Zagęszczeniebetonui dobrezespolenietrzonupalaz podło-żemuzyskujesiędziękiwyciągnięciururywibratorem[2].W technologiipaliVibrexpowbiciu

rurynapożądanągłębokość i wypeł-nieniubetonem(przyjednoczesnymwi-browaniu)podciągasięjąnawysokość1,5–3m.Pouzupełnieniuwypełnieniarurybetonemponowniewbijasięrurędopoprzedniejgłębokości,coskutkujeposzerzeniempodstawy i dogęszcze-niempodłoża.Procesdobijaniamożnapowtarzaćkilkakrotnie,nacorazmniej-szągłębokość,dziękiczemumożliwejestformowanieposzerzonegotrzonupalanaokreślonejdługości[2].NiewątpliwązaletąpaliVibro-Fundex i Vibrex jestdużanośnośćprzymałymosiadaniu[3].Pale przemieszczeniowebez drgań

i wibracji,w którychrurajestwkręcanai wciskana,określasięnazwąFundex.Jednymiz najstarszychpaliprzezna-

czonychdo fundamentowaniagłębo-kiegosąpaletypuFranki.Taopracowanaw 1908r.przezEdgardaFrankignoulatechnologia,z ledwiemałymizmianamijestz powodzeniemstosowanadodziś.EtapywykonywaniapaliFrankiw ujęciuklasycznymprzedstawiająsięnastępu-jąco(podstawoweparametry–średnicarurystalowej500–600mm,praktycznadługość 12–20m) [3]:wbijanie rurystalowejz korkiemz  suchegobetonuza pomocąmłota wolnospadowego,zablokowanie rurystalowej i wybiciekorkaz podstawypala,wprowadzeniezbrojeniadownętrzarury,sukcesywnepodciąganierurywyciągarką,cykliczneuzupełnianiebetonu, formowaniepo-bocznicy,uformowaniepalaażdopo-wierzchniterenu.

Pale wykonywane bez rur osłono-wych

WykonaniepaliCFA(Continuous Flight Auger,w publikacjachkrajowychnazy-wanetakżeFSC–FormowanyŚwidremCiągłym)poleganawwiercaniuw gruntciągłegoświdraślimakowegonagłębo-kośćodpowiadającąpełnejdługościpala.Istotątejmetodyjestspecjalnakonstruk-

ŚWIAT Fundamentypalowe

Pale stalowe rurowe wibrowane, fot. Aarsleff Sp. z o.o.

Wykonywanie pali w Ustroniu Morskim, fot. Aarsleff Sp. z o.o.

82 Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne Wrzesień – Październik 2014

cjaświdrai technologiawykonania.Świ-der,wkręcającsięw grunt,rozpychagonaboki,a częściowowynosinapowierzchnięterenu.W centralnejczęściświdramieścisięprzewódrdzeniowy,któryumożliwianieprzerwanetłoczeniebetonuw czasiepodciąganiaświdra.Specjalniedobranamieszankabetonowapowinnaściślewy-pełniaćprzestrzeńpodświdrem.Bezpo-średniopobetonowaniuwprowadzanejestzbrojenie.Technologiacharakteryzujesiębardzodużąwydajnościąwykonaw-stwa(do30min/pal)[2].Technologii CFA odpowiadają paleStarsol, w  których zastosowano po-dwójnąruręrdzeniową,umożliwiającąutrzymywaniedolnejczęściruryzanu-rzonejnaok.1mw betonie.Poosią-gnięciupożądanejgłębokościw począt-kowymetapiebetonowaniapodciąganyjesttylkoświderślimakowy.Końcówkagłównegoprzewodurdzeniowego,byprzeciwdziałaćrozluźnieniugruntu,jestdociskanadogruntupodpodstawąpala,copozwalaeliminowaćniebezpieczeń-stwo obwałów, zmniejsza naruszenie

struktury gruntu orazograniczajegoodpręże-niepodpodstawąpala.Typowe wymiary palito średnica 0,4–1 m,długość do 20m.Wa-riantem CFA z  większąśrednicąświdrasąpalePCS Lambda. Stosunekśrednicyruryrdzeniowejświdradośrednicypalawynosi ok. 0,60–0,80.Pale tegorodzajuelimi-nująbądźznacznieogra-niczająprzemieszczaniegruntukugórzepodczaswkręcaniaświdra[2].PołączeniempaliCFA

i  tradycyjnychpaliwier-conychsąpaleCFP(Cased Flight Auger Piles).Wiert-nica jest wyposażonaw dwieniezależnieobra-cającesięgłowice,z któ-rychjednaobracaświder,a drugaruręosłonową,przy czymkierunkiob-rotuświdraślimakowegoi ruryosłonowejsąprze-ciwne.Metodawykona-niaopartajestnajedno-czesnymwkręcaniurury

osłonowej i ciągłegoświdraślimakowego.Ścinaniegruntuułatwiajązębytnącew dolnejczęściruryosłono-wej.W przypadku,gdyformujesiępalo długościwiększejniżcałkowitadługośćruryosłonowej,zostajeonazatrzymana,a świderosiągaprojektowanągłębokość,pracującsamodzielnie.Betonowanieprze-biegajakw palachCFA[2].W wynikupołączeniaklasycznejtech-

nologiipaliCFAz metodąwykonaniapaliz rozszerzonąkomorąnadpodstawąpala(Expander Body)powstałypaleSoilex.DlapalawykonanegotechnologiąCFAzbroje-nierazemze złożonąkomorązagłębiasięw świeżąmieszankębetonową.W następ-nejkolejnościprzewodeminiekcyjnymtłoczysięmieszankębetonowąo ciśnieniu0,5–3,0MPa,copowodujerozszerzeniekomory.W porównaniuz CFApaleSoilexmajązwiększonąnośność[2].Przezpołączenietradycyjnej techno-

logiiCFAz zabiegamiiniekcyjnymicha-rakterystycznymidlamikropali i kotewgruntowychpowstałymikropaleCFA[4],któreznajdujązastosowaniejakoelementnośnynowoprojektowanychbudowli,

dowzmocnieniafundamentówjużistnie-jącychi zabytkowychobiektów,a takżezabezpieczenia i  obudowywykopów.Metodawykonaniamikropaliz wyko-rzystaniemtechnologiiCFAoparta jestnawywierceniuświdremślimakowymotworuo średnicy300mm,wypełnieniugozaczynemcementowymlubzaprawą,wprowadzeniuzbrojeniaz przymocowa-nymirurkami iniekcyjnymiz zaworamizwrotnymii formowaniubuławy.Buławęnośnąmikropalaformujesięzapomocąiniekcjiwysokociśnieniowejpozwiązaniuzaczynuosłonowego,a więcpook.24godzinach[2].Palami w  pełni przemieszczenio-wymi, a  jednocześnie zawierającymiliczneelementyfundamentowaniaeko-logicznegosąpaleOmega–przyjaznedlaśrodowiskanaturalnegoi człowieka[2].Specjalnakonstrukcjaświdrapowo-dujepełneprzemieszczeniegruntunabokiz dogęszczeniempodłożaw cza-sie wkręcania i  podnoszenia świdra.W wykonawstwiewykorzystywanesąmaszynyo dużejsilenaciskunaświderi dużymmomencieobrotowym.DlapaliCGOmegacharakterystyczne jestdo-datkowe,wtórnepogrążeniemświdraw świeżymbetonie,umożliwiającepo-szerzeniepodstawypalaorazpobocznicynawybranejdługości[1].Pale Atlas, o  dość dużej nośnościw gruncie, topalewkręcanew gruntz  wciskaniem, betonowane na sucho,z  pełnym przemieszczaniem gruntuw podstawie i napobocznicy[2].Ruchobrotowyżerdzijestdopasowanydoru-chupionowegow takisposób,abygło-wicaformowaław grunciepobocznicępalakształtemprzypominającegogwint.Metodawykonaniapaliprzemieszcze-

niowychz dogęszczeniemgruntunapo-bocznicypojawiłasięw latach90.XXw.WykonaniepaliSDPBauerBG(Bauer Soil Displacement Piles),FDP(Full Displacement Piles),SDP(Soil Displacement Piles)poleganawkręceniuw gruntstalowejtubyzespecjalnągłowicąpowodującąrozepcha-niegruntunabokiw trakciewiercenia.Dzięki przemieszczeniu gruntu w  po-ziomienabokiorazpionowoi ukośnienastępujedogęszczeniepodłożaw bez-pośrednimsąsiedztwiepala,zwiększe-nieskładowejpoziomejparcia,aletakżewytwarzanieciśnieniawodyw porachgruntu[2].Dogrupypaliwkręcanychz iniekcjąna

pobocznicyi podpodstawąnależąpale

ŚWIAT Fundamentypalowe

Palisada z kolumn DSM, fot. Aarsleff Sp. z o.o.

Kompleksowe zabezpieczenia wykopów, osuwisk, fundamentowanie specjalne i roboty inżynieryjne:

Ścianki berlińskie i palisady

Stałe i tymczasowe kotwy gruntowe

Mikropale iniekcyjne i mikropale samowiercące np. TITAN

Pale HLVKolumny DSM

20 LAT DOŚWIADCZENIA NA RYNKU FUNDAMENTÓW SPECJALNYCH

Mikropale

Stump-Hydrobudowa Sp. z o.o.Ul. Okunin 31, 05-100 Nowy Dwór Mazowiecki Tel: + 48 22 55 96 000Fax: + 48 22 55 96 005E-mail: biuro@stump-hydrobudowa.pl Oddział PołudnieUl. Bociana 6, 31-231 KrakówTel: + 48 12 616 41 91E-mail: krakow@stump-hydrobudowa.pl

Ściany szczelinowe i ścianki szczelne

Konstrukcje zespolone i kombinowane

Pale wielkośrednicowe i przemieszcze-niowe

Zabezpieczenie osuwisk

Próbne obciążenia pali, kotew i kolumn

Projekty i doradztwo techniczne

NOWY ADRES

Tubex,któremożnawykonywaćnatere-nieotwartym,jakrównieżw bezpośred-nimsąsiedztwie istniejącychobiektówi  fundamentów.Poustawieniuw stolewiertniczymruryosłonowej (pionowolubukośnie)pogrążasię jąz gubionąstalowąpodstawą.Odpowiedniowy-profilowanąpodstawędrążącąpogrążasięw podłożez zastosowaniemwspo-magającego zaczynu cementowego.Ruręstalowąmożnaprzedłużaćprzezprzyspawaniekolejnychodcinków.Rurainiekcyjnaosadzonajestwewnątrzsta-lowejruryosłonowej,powstawieniudoniejzbrojeniacałośćjestbetonowana[2].

Pale wiercone wielkośrednicowe

Odlat70.XXw.stosowanesąw Pol-scepalewielkośrednicowe.Najczęściejspotykanadługośćpaliwielkośrednico-wychwierconychto10–40m.Zależnieodwarunkówgruntowychi możliwościtechnicznychstosujesięróżnerozwiązaniatechnologiczne:palewierconebezruryosłonowej,palewierconew zawiesiniebentonitowejlubpolimerowej,palewier-conew rurzeosłonowejwwibrowywanej,palewierconew rurzeosłonowej[2].

Pale wiercone z  iniekcją pod podstawą i na pobocznicy

Niezależnieodstosowanychtechnologiiwykonaniuwierconychpaliwielkośred-nicowychzawszetowarzyszypewneod-prężeniepodłoża,zmianystanunaprężeńpoziomychi pionowych,a w efekcieroz-luźnieniegruntu.Jednąz metodzmniej-szenia osiadań i  zwiększenia nośnościjestiniekcjapodi wokółpala.Najszyb-sząpełnąmobilizacjęoporupodstawymożnauzyskaćprzezwstępnenapręże-niegruntubezpośredniopodpodstawą,powykonaniupala.Z tegorozwiązaniakorzystasię jużoddośćdawna,ciąglejednak trwają poszukiwania nowychrozwiązań,zmierzającychdouproszczeńwykonawczychz wykorzystaniemnowychmateriałówi technologii.W Polscestosujesiętrzyrodzajeiniekcjipodpodstawąpaliwierconych:metodasztywnejkomoryiniekcyjnej,metodainiekcjibezpośred-niej(bezkomorowa),metodaelastycznejkomoryz geotkaniny[2].Zastosowanetechnologiei rodzajgruntu

w dużymstopniuwarunkujązmianystanunaprężeniai oporówwzdłużpobocznicy.

Metodainiekcjinapobocznicypalimanaceluprzedewszystkimwywołaniezwięk-szonejskładowejnaprężeniapoziomego,pełnego wykorzystania oporów tarciagrunt–gruntbezpośrednioobokpobocz-nicy,łączniezezmianąkształtuprzekrojupoprzecznegopala,orazmaksymalnegozwiększeniatarciapal–grunt[2].

Literatura

[1]GwizdałaK.:Projektowanie fundamen-tów na palach.Materiałykonferen-cyjneXXOgólnopolskiejKonferencjiWarsztatPracyProjektantaKonstruk-cji,Wisła–Ustroń,1–4marca2005.

[2]GwizdałaK.:Fundamenty palowe. Tech-nologie i obliczenia.WydawnictwoNa-ukowePWN.Warszawa2010.

[3]TejchmanA.,GwizdałaK.,KrasińskiA.,BrzozowskiT.:Analiza nośności pali Vi-brex.MateriałykonferencyjneXIKra-jowejKonferencjiMechanikiGruntówi Fundamentowania,Gdańsk,25–27czerwca1997,t.1.

[4]SzymankiewiczC.,GaworB.,Kłosiń-skiB.:Mikropale formowane rurowym świdrem ślimakowym.„Inżynieriai Bu-downictwo”1994,nr8.

FundamentypaloweŚWIAT