2. Technologia ścianek szczelinowych-wykonanie
Wyróżniamy następujące rodzaje wykonywania ścian szczelinowych:
Metoda stropowa:
METODA TOP & DOWN BUDOWY OBIEKTU – po wykonaniu ścian szczelinowych, wykonuje się stalowe słupy tymczasowe lub prefabrykowane słupy stałe osadzone w baretach lub palach kończących się pod przyszłą płytą fundamentową. Wydobywanie urobku z wykopu w obudowie ścian szczelinowych następuje przez pozostawione w stropach otwory technologiczne przy użyciu specjalistycznego sprzętu. Na słupach opierają się stropy docelowe części podziemnej obiektu (wykonywane w gruncie i/lub w szalunkach) oraz całość konstrukcji żelbetowej (nadziemnej) obiektu. Budowa części podziemnej jest realizowana jednocześnie z konstrukcją nadziemną.
METODA KLASYCZNA PODSTROPOWA – różni się od poprzedniej tylko fazowaniem robót. Konstrukcja nadziemna jest wykonywana po zakonczeniu budowy części podziemnej (tzw. Stanu „0”)
METODA PÓŁSTROPOWA TZW. OBRĘCZY ROZPIERAJĄCEJ – przy dużych gabarytach obiektu stosuje się połstropu rozpierające oparte na tymczasowych słupach stalowych osadzonych w palach lub baretach. Pod stropami wykop realizuje się metodą podstropową, natomiast w części centralnej roboty ziemne są prowadzone jak w otwartym wykopie, co znacznie przyspiesza roboty ziemne i żelbetowe w części centralnej projektowanego obiektu.
Rozpierane ściany szczelinowe - oprócz opisanych powyżej odmian metod stropowych, jako rozparcie często stosuje się tymczasowe rozpory stalowe, założone pomiędzy wykonanymi ścianami stalowymi. Rozpory stalowe mogą być zakładane o tak zwany oczep (wieniec) żelbetowy (na górze ściany szczelinowej) z zabetonowanymi wcześniej w nim markami stalowymi lub o zep stalowy połączony ze ścianą też przy pomocy marek stalowych osadzonych w klatkach zbrojeniowych ściany szczelinowej
3. Stateczność ogólna w gruntach spoistych
W gruntach spoistych, w warunkach naturalnych, poślizg zbocza o wysokości ograniczonej następuje zwykle nie po płaszczyźnie, lecz po krzywej powierzchni walcowej. Linia poślizgu w pionowym przekroju zbocza jest bliska odcinkowi spirali logarytmicznej.
Znanych jest wiele metod poszukiwania warunków stateczności przy takim założeniu. Najbardziej typowa i uniwersalna metoda oparta na założeniu możliwości poślizgu po powierzchni walca kołowego została opracowana przez Felleniusa.
Podstawowym zagadnieniem przy określeniu stateczności zboczy i skarp w masywie gruntowym jest ustalenie potencjalnych powierzchni poślizgu oraz bilansu sił usuwających i utrzymujących masyw gruntowy.
4. Badania statyczne pali
Obciążenie statyczne jest najbardziej miarodajną metodą oceny zachowania się pala pod obciążeniem. Polega na wywieraniu na głowicę pala obciążenia z jednoczesnym pomiarem przemieszczeń pionowych (osiadań) głowicy. Obciążenie przykładane jest stopniami, a siła na każdym stopniu utrzymywana jest do czasu stabilizacji przemieszczeń. Za stabilizację przyjmuje się przyrost przemieszczeń mniejszy niż 5 mm/10 min w ciągu dwóch kolejnych 10 minut. Efektem próbnego obciążenia jest krzywa obciążenie-osiadanie pala. W wyniku graficznego różniczkowania powstałej krzywej tworzy się wykres pomocniczy dQ/ds, z którego wyznacza się obciążenie, jakie można dopuścić na pal.
5. Nośność pali
1) Nośność pala wciskanego pojedynczego
Pal wciskany uzyskuje swoją nośność w gruncie Nt dzięki oporowi gruntu pod podstawą pala Np i oporowi tarcia gruntu wzdłuż pobocznicy Ns. (rysunek poniżej). W niektórych przypadkach nośność ta może być obniżona przez tarcie negatywne Tn wzdłuż górnego odcinka pobocznicy. Nośność na wciskanie w gruncie Nt pala pojedynczego według polskiej normy oblicza się ze wzoru:
Nt= Np+ Ns − Tn =Sp⋅Ap⋅q(r) +∑Ssi⋅Asi⋅ti(r) −∑ Ssj⋅Asj⋅tnj(r)
w którym:
Sp, Ss – współczynniki technologiczne, zależne od technologii pala i rodzaju gruntu, odczytywane z tabl. 4 normy,
Ap – powierzchnia podstawy pala,
Asi – powierzchnia pobocznicy pala w warstwie i,
q(r) – jednostkowy graniczny opór gruntu pod podstawą pala,
ti(r) – jednostkowy graniczny opór tarcia gruntu wzdłuż pobocznicy pala w warstwie i,
tnj(r) – jednostkowe tarcie negatywne gruntu wzdłuż pobocznicy pala w warstwie j, powodującej tarcie negatywne,
Warunek nośności dla pala wciskanego jest spełniony gdy:
Qr ≤ m Nt
współczynnik m = 0.7 gdy fundament opiera się na jednym palu, m = 0.8 gdy na dwóch palach i m = 0.9 gdy fundament opiera się na więcej niż dwóch palach.
Wyznaczenie wartości q(r) i t(r)
Wartość obliczeniowe q(r) i t(r) wyznaczamy ze wzorów:
q (r) =γm ⋅ q [kPa], t(r) =γm ⋅ t [kPa]
γm – współczynnik materiałowy dla ID lub IL gruntu, γm ≤ 0.9
q - charakterystyczny opór graniczny gruntu pod podstawą pala, przyjmowany wg tabl. 1 normy w zależności od rodzaju i stanu gruntu oraz według interpolacji względem głębokości,
t - charakterystyczny opór graniczny tarcia gruntu wzdłuż pobocznicy pala, przyjmowany wg tabl. 2 normy w zależności od rodzaju i stanu gruntu oraz według interpolacji względem głębokości,
Interpolacja q i t względem głębokości
Przed dokonaniem interpolacji q i t względem głębokości należy wyznaczyć poziom interpolacji. Poziom ten w przypadku występowania samych gruntów mineralnych przyjmuje się w poziomie pierwotnego terenu. W przypadku występowania w górnych partiach podłoża gruntów organicznych i nasypów poziom interpolacji przyjmuje się na wysokości zastępczej hz nad poziomem pierwszej warstwy przenoszącej obciążenie z pala. Wysokość hz określa się według wzoru:
hz= 0,65*∑hi γi / γn
w którym: ∑hi γi – suma ciężarów warstw leżących nad pierwszą warstwą nośną,
γn – ciężar objętościowy pierwszej warstwy nośnej, przenoszącej obciążenie z pala.
Opory q wzrastają liniowo z głębokością od zera w poziomie interpolacji do wartości q z tablicy 1 normy na głębokości hc poniżej poziomu interpolacji. Na dalszej głębokości pozostają już stałe. Głębokość hc, zwana głębokością krytyczną dla oporów q, zależy od średnicy pala D, rodzaju gruntu i technologii pala:
a) w przypadku pali wbijanych w grunty niespoiste:
hc=10$\sqrt{D/D0}$ [m]
b) w przypadku pali wierconych w gruntach niespoistych:
hc=1,3*10$\sqrt{D/D0}$ [m]
c) w przypadku pali w gruntach spoistych i niespoistych luźnych przyjmuje się hc = 10 m, niezależnie od średnicy i technologii pala.
W powyższych wzorach D0 – jest średnicą porównawczą pala równą D0 = 0.4 m.
Opory t wzrastają liniowo z głębokością od zera w poziomie interpolacji do wartości t z tablicy 2 normy na głębokości ht = 5.0 m poniżej poziomu interpolacji, niezależnie od rodzaju gruntu oraz średnicy i rodzaju pala. Poniżej głębokości ht wartość t pozostaje stała (rysunek powyżej). W obliczeniach nośności pali pomija się wpływ na ogólną pracę pala cienkich przewarstwień gruntów słabych o miąższości do 0.5 m znajdujących się wśród gruntów nośnych, przyjmując jednak w tych przewarstwieniach wartość t =0.
Tarcie negatywne
Tarcie negatywne wzdłuż pobocznicy pala powstaje w wyniku przemieszczania się w dół lub osiadania górnych warstw gruntowych względem pala. Tarcie to może wystąpić generalnie w trzech przypadkach (patrz rysunek):
a) w przypadku przechodzenia pala przez warstwy gruntów nieskonsolidowanych (np. luźno usypane świeże nasypy, składowiska odpadów, torfy i namuły), które ulegają osiadaniom pod wpływem własnego ciężaru,
b) w przypadku przewidywanego dodatkowego obciążenia naziomu,
c) w przypadku przewidywanego obniżenia zwierciadła wody gruntowej.
Dla gruntów słabych, luźnych i organicznych oraz nasypów przyjmuje się tarcie negatywne tn(r) = 5 ÷ 10 kPa (tabl. 3 PN) ze współczynnikiem technologicznym Ss=1.0. W gruntach mineralnych wytrzymałych tarcie negatywne tn(r) oblicza się według takich samych zasad jak tarcie pozytywne, przyjmując współczynnik materiałowy γm = 1.1, współczynnik technologiczny Ss według tabl. 4 PN, natomiast poziom interpolacji w poziomie terenu.
2) Nośność pala wyciąganego pojedynczego
Pal wyciągany uzyskuje swoją nośność w gruncie Nw tylko dzięki oporowi tarcia gruntu wzdłuż pobocznicy (rysunek poniżej). W palu wyciąganym z oczywistych względów nie pracuje podstawa i pomija się tarcie negatywne.
Nośność na wyciąganie Nw w gruncie pala pojedynczego według polskiej normy oblicza się ze wzoru:
Nw= ∑Swi Asi ti(r)
w którym:
Sw– współczynnik technologiczny, zależny od technologii pala i rodzaju gruntu, odczytywany z tabl. 4 normy,
Asi – powierzchnia pobocznicy pala w warstwie i,
ti(r) – jednostkowy graniczny opór tarcia gruntu wzdłuż pobocznicy pala w warstwie i,
Wartości tarcia t(r) przyjmuje się i określa według takich samych zasad jak w przypadku pala wciskanego. Poziom interpolacji dla przypowierzchniowych warstw podłoża przyjmuje się w poziomie terenu pierwotnego.
Warunek nośności: Qrw ≤ m⋅Nw
gdzie współczynnik m przyjmuje się tak jak dla pali wciskanych.
Nośność pala wyciąganego jest generalnie dużo niższa niż pala wciskanego. Ponadto w przypadku pala wyciąganego może nastąpić gwałtowne zerwanie pobocznicy i drastyczny, niekontrolowany spadek nośności pala, prowadzący w konsekwencji do groźnej awarii lub katastrofy budowlanej. Zjawiska takiego nie obserwuje się w palach wciskanych. Dlatego należy zachować dużą ostrożność i rozwagę w obliczaniu i projektowaniu pali wyciąganych, a szczególnie obciążonych cyklicznie lub powtarzalnie.
3) Nośność pala wciskanego w grupie
Nośność pala wciskanego znajdującego się w grupie pali może być większa, równa lub mniejsza od nośności pala pracującego pojedynczo. Zależy to od parametrów warstw nośnych, technologii pali oraz odległości między sąsiednimi palami.
W przypadku pali wbijanych w piaski luźne (ID<0,33) nośność grupy pali jest równa sumie nośności pali pojedynczych gdy rozstaw osiowy pali r>=4D. Gdy rozstaw r wynosi 3D-4D, to sumę nośności pali pojedynczych można zwiększyć o 15%, a gdy r<3D to sumę tę można zwiększyć o 30%. Tak wyznaczona nośność grupy pali nie może przekraczać jednak nośności zastępczego fundamentu powierzchniowego o wymiarach wyznaczonych zewnętrznym obrysem pali i posadowionego na głębokości podstaw pali. Nośność grupy pali nie moze byc rowna lub mniejsza od sumy nosnosci pali pojedynczych w zależności od zachodzenia na siebie stref oddziaływania sąsiednich pali.
Gdy strefy te zachodzą na siebie występuje redukcja nośności pali w grupie, gdy strefy nie zachodzą na siebie – nośność grupy pali równa jest sumie nośności pali pojedynczych. Promień strefy: R=D/2+ ∑hi tgαi
Nośność pala wciskanego w grupie oblicza się ze wzoru:
Nt=Np+mt*Ns-Tn
w którym współczynnik redukcyjny m1 odczytuje się z tabl. 8 normy w zależności od stosunku r/R.
Gdy r/R ≥ 2.0 to m1 =1.0.
4) Nośność pala wyciąganego w grupie
Nośność grupy pali wyciąganych w grupie przyjmuje się według zbliżonych zasad jak w przypadku pali wciskanych. W przypadku pali wbijanych w piaski luźne może nastąpić wzrost nośności grupy pali wyciąganych do 30% w stosunku do sumy nośności pali pojedynczych, w zależności od rozstawu pali – tak samo jak w przypadku pali wciskanych. W pozostałych przypadkach może wystąpić redukcja nośności grupy pali, w zależności od zasięgu stref oddziaływania pali w gruncie. Strefy te w palach wyciąganych rozwijają się inaczej niż w palach wciskanych (patrz rysunek powyżej). W przypadku występowania przewarstwień z gruntów nienośnych o miąższości powyżej 0.5 m przyjmuje się, że następuje w nich zanik stref oddziaływania, a w warstwie nośnej leżącej powyżej, strefy te rozwijają się od początku na nowo. Promień zasięgu R stref oddziaływania w palach wyciąganych oblicza się ze wzoru:
R=D/2+0,1h
przy czym przyjmuje się największą wartość tego promienia spośród wyliczonych dla poszczególnych stref (tak jak to pokazano na rysunku powyżej).
Nośność pala wyciąganego w grupie oblicza się ze wzoru:
Ngw = m1 ⋅Nw
w którym wartość współczynnika redukcyjnego m1 przyjmuje się według takich samych zasad jak w przypadku pali wciskanych.
6 Nośność na przesunięcie w gruncie uwarstwionym.
Ea<T