SEMINARIUM „Zagadnienia posadowień na fundamentach palowych”

Gdańsk, 25 czerwca 2004

1

Błędy występujące w projektowaniu i wykonawstwie pali – cz. I

A. Tejchman

Katedra Geotechniki Politechniki Gdańskiej; [e-mail]

1. WSTĘP

Bezpieczne posadowienie różnego rodzaju budowli na palach wymaga spełnienia czterech podstawowych warun-
ków:

– dokładnego rozpoznania podłoża gruntowego w miejscu projektowanego obiektu oraz prawidłowego

określenia parametrów gruntowych niezbędnych do obliczeń,

– właściwego wyboru pali do występujących warunków gruntowych oraz obciążeń i rodzaju konstrukcji,
– wykonania

przemyślanych, prawidłowych obliczeń nośności i osiadania pali i fundamentu palowego,

– poprawnego

wykonania

pali.

Należy dodać, że na etapie projektowania posadowień różnego rodzaju budowli istotną sprawą jest również prawi-
dłowe wyznaczenie obciążeń przenoszonych z konstrukcji na pale. Łączy się to z właściwym przyjęciem modelu
obliczeniowego, odpowiadającego rzeczywistej pracy układu: budowla-fundament-pale-podłoże gruntowe. Niestety
w wielu przypadkach projektanci stosują modele zbyt uproszczone, co prowadzi do wyznaczania błędnych sił w pa-
lach. Zagadnienie to omówione jest szerzej w referacie A. Krasińskiego.

Ogólnie, można stwierdzić, że podstawowe błędy w projektowaniu pali są głównie wynikiem:

– złego lub niewystarczającego rozpoznania podłoża gruntowego,
– niewłaściwie przyjętych parametrów gruntowych,
– nieznajomości sposobu przenoszenia obciążeń przez różnego rodzaju pale w gruncie,
– złej interpretacji metody obliczeń i niedoświadczenia projektanta wykonującego obliczenia,
– braku analizy współpracy konstrukcji budowli z palami.

Podstawowe błędy w wykonawstwie pali mogą wynikać między innymi z:

– nieznajomości technologii danego rodzaju pali,
– niewłaściwie zastosowanego typu pali w danych warunkach gruntowych,
– rozluźnienia gruntu wokół pali i pod podstawą pala,
– złego wykonania podstawy lub trzonu pala w przypadku pali wierconych,
– zastosowania

niewłaściwego sprzętu (maszyn) do wykonawstwa pali.

W Polsce stosuje się obecnie duży zakres różnego typu pali. Można tu wymienić przede wszystkim następujące
rodzaje pali:

– wiercone

wielkośrednicowe ( w tym z iniekcją pod podstawami),

– CFA (Continous Flight Auger piles, pale Formowane Świdrem Ciągłym),
– prefabrykowane,
– Vibro-(Fundex) - wbijane lub wwiercane,
– Vibrex,
– jet-grouting

(wysokociśnieniowe iniekcyjne pale strumieniowe),

– Tubex

(+

iniekcyjne),

– stalowe rurowe (otwarte i zamknięte),
– mikropale.

SEMINARIUM „Zagadnienia posadowień na fundamentach palowych”

Gdańsk, 25 czerwca 2004

2

W zasadzie w przypadku wszystkich pali można popełnić błędy zarówno w projektowaniu jak i wykonawstwie,
z tym, że w tym drugim przypadku odnosi się to głównie do pali wierconych. Ocenę poprawności obliczeń nośności
pali (również i osiadań) oraz ich wykonawstwa dokonuje się przede wszystkim na podstawie próbnych obciążeń
statycznych oraz badań dynamicznych pali. Taką ocenę umożliwiają również pomiary osiadań budowli posadowio-
nej na palach podczas jej użytkowania.

W dalszej części referatu omówione będą wyżej wymienione ważniejsze zagadnienia z ilustracją (w części II)

przykładów rozwiązań fundamentów na palach, w których popełniono błędy.

2. ROZPOZNANIE PODŁOŻA GRUNTOWEGO

Właściwe rozpoznanie podłoża gruntowego w miejscu projektowanej budowli, niezbędne do dalszych etapów
projektowania i wykonawstwa fundamentów palowych powinno być rzeczą oczywistą, a jednak jest niedoceniane
lub wręcz bagatelizowane przez Inwestorów, jak też Projektantów. Na ten temat można by napisać osobny referat,
dlatego w referacie będą tylko wymienione podstawowe błędy.

Badania gruntu wykonywane są zwykle bez przygotowania dokładnego programu, który powinien być opraco-

wany przez geotechnika i obejmować między innymi rodzaj badań, liczbę, usytuowanie i głębokość wierceń
i sondowań oraz zakres koniecznych badań in situ i laboratoryjnych. W wykonywanych badaniach geotechnicznych
preferowane są przeważnie typowe wiercenia z pobieraniem próbek gruntu, uzupełniane czasami dodatkowo
sondowaniami sondą dynamiczną (SC, SL, SPT), gdy tymczasem najbardziej miarodajnym badaniem jest wykona-
nie sondowań statycznych (CPT lub CPTU), nie wspominając o badaniach presjometrycznych czy dylatometrycz-
nych. W dokumentacjach geotechnicznych zdarza się niewłaściwe usytuowanie miejsc badań ze względu na rodzaj
konstrukcji i rozkład obciążeń oraz wykonywanie badania do głębokości niewystarczającej dla właściwej oceny
nośności, a szczególnie osiadań fundamentów na palach.

Efektem badań podłoża powinno być uzyskanie, nie tylko dokładnego przekroju geotechnicznego, ale przede

wszystkim miarodajnych parametrów poszczególnych warstw gruntu do obliczeń. Odnosi się to przede wszystkim
do stopnia zagęszczenia gruntów niespoistych oraz stopnia plastyczności gruntów spoistych, gdyż te właśnie
parametry mają decydujący wpływ na wyznaczenie właściwych wartości jednostkowych oporów gruntu pod
podstawą pala (q) i wzdłuż pobocznicy (t). W przypadku obliczeń osiadań pali dochodzi jeszcze moduł ściśliwości
gruntu (M

0

). W projektach spotyka się często zbyt optymistyczne przyjmowanie tych parametrów, co prowadzi do

przeceniania nośności pali, a tym samym nie uzyskiwania w próbnych obciążeniach wymaganych nośności lub brak
odpowiedniej rezerwy bezpieczeństwa. W niektórych gruntach należy ponadto zachować szczególną ostrożność, jak
na przykład w pęczniejących gruntach spoistych czy nawodnionych piaskach drobnych.

W przyjmowaniu do obliczeń prawidłowych wartości parametrów gruntu odgrywa rolę również nie tylko rodzaj

gruntu, ale i rodzaj pala. Należy pamiętać, że np. wykonawstwo pali wierconych, w tym pali CFA, może te parame-
try pogorszyć i stąd musi występować większa ostrożność projektanta w tym zakresie i przyjmowanie większego
zapasu bezpieczeństwa.

Prawidłowa interpretacja wyników badań laboratoryjnych i in situ jest zatem bardzo ważna i wymaga dużego

doświadczenia. W tablicy 1 przedstawiono przykładowo różnice w przyjęciu wartości stopnia zagęszczenia wystę-
pujące w zależności od przyjętej metody interpretacji dla wbijanej sondy ciężkiej oraz wciskanej sondy statycznej.
Łatwo sobie wyobrazić jak duże różnice występują w obliczeniach nośności pala, w zależności czy przyjmie się
I

D

= 0,50 czy I

D

= 0,25.

Tablica 1. Przykładowa interpretacja wyników badań sondą ciężką i wciskaną

według Borowczyka i Frankowskiego

I

D

= 0,50

według PN-86/B-02480

I

D

= 0,36

według PN-81/B-03020

I

D

= 0,25

Badanie sondą ciężką
dla N

20

= 4

według zestawienia Koseckiego (dla 10 metod)

I

D

= 0,18

÷ 0.53

według Lunne i Christoffersena

I

D

= 0,52

według Wysokińskiego

I

D

= 0,32

według zestawienia Bucy, Geoprojekt-Gdańsk
(metoda Meyerhofa, Borro, normy radzieckiej, dla piasków średnich)

I

D

= 0,33

÷ 0.42

według Geoprojektu (odpowiednio dla żwiru i piasku grubego)

I

D

= 0,07

÷ 0.20

Badanie sondą wciskaną
dla q

c

= 5 MPa

według DIN 4094 (dla piasku – żwiru o wskaźniku różnoziarnistości U

≥ 6)

I

D

= 0,47

SEMINARIUM „Zagadnienia posadowień na fundamentach palowych”

Gdańsk, 25 czerwca 2004

3

3. ZNAJOMOŚĆ PRACY PALA W PODŁOŻU GRUNTOWYM

Wiedza o sposobie przenoszenia obciążeń przez pale na grunt sprowadza się przede wszystkim do znajomości mobi-
lizacji oporu gruntu pod podstawą Q

b

i wzdłuż pobocznicy pala Q

s

, co ma zasadniczy wpływ na rozdział obciążenia

całkowitego na podstawę i pobocznicę oraz do rodzaju pala – pale sztywne i pale przemieszczeniowe. Przykładowo
na rys. 1 pokazano dla porównania wykres mobilizacji Q

b

i Q

s

dla pali wierconych wielkośrednicowych i dla pali

wbijanych.

Obci¹¿enie Q

Osiadanie

s

b)

Qs

Qb

Q

Opór
pobocznicy

Opór
podstawy

Obci¹¿enie
ca³kowite

10÷20 mm

(1÷2% œrednicy

pala)

100÷200 mm

(10÷30% œrednicy

pala)

Obci¹¿enie
ca³kowite

Opór
podstawy

Opór
pobocznicy

Q

Qb

Qs

s

Osiadanie

Obci¹¿enie Q

a)

5÷15 mm

(0.5÷1% œrednicy

pala)

10÷25 mm

(2÷5% œrednicy

pala)

Rys. 1. Uogólnione krzywe osiadania: a) dla pali wbijanych, b) dla pali wierconych

Z rysunku 1 jasno wynika, że dla osiągnięcia pełnej mobilizacji oporu podstawy pala wierconego, a tym samym
wykorzystania nośności pala konieczne jest jego większe osiadanie, co powinno być uwzględnione w projekcie
danej budowli. Znacznie lepsze pod tym względem są pale wbijane, dla których mobilizacja oporu gruntu pod
podstawą pala i wzdłuż pobocznicy przebiega w zasadzie jednocześnie. Z tym zagadnieniem związana jest również
długość pala wielkośrednicowego. Pal taki musi być dostatecznie długi, aby przy przenoszeniu obciążeń można było
wykorzystać nośność jego podstawy. W projektach spotyka się często pale o popularnych średnicach 120

÷ 150 cm

i długościach 7

÷ 8 m, co powoduje, że tak krótki pal pracuje w gruncie głównie swoją pobocznicą, z bardzo nie-

wielkim włączeniem się podstawy. Należy pamiętać, że aby pal wiercony o dużej średnicy (a takie pale są stosowa-
ne w praktyce pod prawie wszystkie obiekty mostowe, a więc konstrukcje bardzo ważne) przenosił prawidłowo
obciążenie na grunt, jego względne zagłębienie w gruncie, tzn. stosunek długości do średnicy był co najmniej równy
10 w gruntach niespoistych oraz 12 w gruntach spoistych. Praca bardzo krótkich pali o średnicach 120

÷ 180 cm

zbliżona jest już do fundamentów blokowych, dla których nie można stosować zasad normy.

Powyższe zalecenia w zasadzie odnoszą się również do pali typu CFA, chociaż w odniesieniu do tych pali

bardzo dużą rolę odgrywa również sposób ich wykonawstwa (wkręcanie świdra w grunt), co będzie omówione
w innym punkcie. Z doświadczeń wynika, że długość tych pali nie powinna być mniejsza od 10 m, szczególnie
w gruntach niespoistych.

Znajomość pracy danego rodzaju pali w określonych warunkach gruntowych odgrywa bardzo ważną rolę

w odniesieniu do zapewnienia wymaganej ich nośności oraz dopuszczalnych osiadań. W zasadzie w projektach nie
zwraca się na to uwagi, a istniejące warunki gruntowe wykluczają w wielu przypadkach stosowanie określonego
typu pali, również ze względu na to, czy są to pale przemieszczeniowe (jak np. pale wbijane) czy też pale
nieprzemieszczeniowe (jak np. wiercone). Na przykład nie powinno się stosować pali wierconych w gruntach
luźnych i średniozagęszczonych.

Często stosuje się zupełnie niepotrzebnie, czy raczej niewłaściwie, pale wiercone zamiast pali wbijanych, które

w danym gruncie pracują znacznie lepiej. W ogóle występuje wręcz tendencja odchodzenia od pali wbijanych jak,
np. bardzo dobrze przenoszących obciążenia pali Vibro-Fundex czy też Vibrex, mimo możliwości ich zastosowania
(nie ma obawy o oddziaływanie drgań na sąsiednie budowle). Na szczęście coraz częściej w praktyce są stosowane
żelbetowe pale prefabrykowane, do wbijania których używa się obecnie bardzo nowoczesnego sprzętu oraz możli-
wości łączenia ich z odcinków o różnych długościach.

SEMINARIUM „Zagadnienia posadowień na fundamentach palowych”

Gdańsk, 25 czerwca 2004

4

4. OBLICZENIA NOŚNOŚCI PALI

Obliczenia nośności i osiadań pali i fundamentów palowych dokonuje się na podstawie ciągle jeszcze obowiązującej
normy z roku 1983: PN-83/B-02482. Ponieważ od tego czasu wprowadzono nowe technologie palowania, jak też
nowe rozwiązania dotyczące między innymi nośności grup palowych, a przede wszystkim obliczania osiadań
fundamentów na palach, jak również pali obciążanych poziomo, projektanci mają pewne trudności w obliczeniach
nośności i osiadań pali. Ponadto robią to często w sposób mechaniczny, bez głębszej analizy.

Konieczne jest tu zwrócenie uwagi na fakt, że projektantami są głównie inżynierowie-konstruktorzy, którzy są

dobrymi specjalistami w zakresie obliczeń projektowanych konstrukcji, natomiast brak im wystarczającej znajo-
mości geotechniki. W zasadzie posadowienia różnego rodzaju budowli, szczególnie o dużym znaczeniu i w trud-
nych warunkach gruntowych powinni projektować specjaliści-geotechnicy.

Często więc, już na samym początku projektowania posadowień zdarza się, że dla występujących w miejscu

projektowanej budowy warunków stosuje się pale nieodpowiednie, których wykonawstwo może spowodować obni-
żenie spodziewanej nośności.

W obliczeniach nośności pali popełniane błędy przede wszystkim dotyczą:

– przyjmowania niewłaściwych współczynników technologicznych S

p

, S

s

i S

w

w zależności od stosowanego

rodzaju pala i warunków gruntowych. Odnosi się to szczególnie do pali nowych technologii, które nie zostały
ujęte w normie, a są wykonywane w kraju, (np. pale CFA, Jet-grouting, Vibrex, wiercone wielkośrednicowe
z zastosowaniem iniekcji pod podstawami).
Generalnie należy stwierdzić, że wśród projektantów znajomość pracy w gruncie pali nowych technologii jak
również nowoczesnych maszyn służących do ich wykonywania jest niewystarczająca,

– niewłaściwego, a czasami wręcz złego określania do obliczeń wartości jednostkowych oporów gruntu pod

podstawą pala q i wzdłuż pobocznicy t. Dotyczy to zarówno interpolacji tych wartości, jak również ich
wyznaczenia w zależności od parametrów gruntowych I

D

i I

L

.

Na przykład przy występowaniu słabych warstw gruntu od poziomu terenu, interpolowane są wartości q i t
od poziomu głębszego, chociaż słabe warstwy wywołują naprężenia pierwotne, albo odwrotnie: od poziomu
terenu, kiedy naprężenia pierwotne na poziomie niższych warstw są minimalne. Ma to dość istotne znaczenie
przy określaniu nośności pala.
Jak już wspomniano bardzo ostrożnie należy podchodzić do przyjmowania wartości jednostkowych oporów
gruntu pod podstawą i wzdłuż pobocznicy pala. Każdorazowo wymaga to dokonania szczegółowej analizy
między innymi warunków gruntowych oraz wpływu technologii wykonawstwa danego rodzaju pala na
występujące w miejscu budowy grunty. Na skutek błędnych obliczeń, przy posadowieniu na fundamentach
palowych może występować niespełnienie normowego warunku stanu granicznego nośności, tzn. pale nie
będą przenosić projektowanego obciążenia (Q

r

> k

⋅ N

c

0

, gdzie k

⋅ N

c

0

– rzeczywista nośność pala określona

z próbnych obciążeń), albo wystąpi zbyt mała rezerwa bezpieczeństwa. Może też być sytuacja odwrotna, tzn.
posadowienie zostanie zaprojektowane zbyt bezpiecznie, ze zbyt dużą asekuracją, co oczywiście prowadzi do
rozwiązania nieekonomicznego,

– nieumiejętnego obliczania nośności pali w grupie, szczególnie gdy projektant niepotrzebnie zbyt dużo redu-

kuje nośność grupy pali, wyznaczając niewłaściwie współczynnik redukcyjny m

1

(wg normy). Wiąże się to

również z analizą występujących warunków gruntowych, przede wszystkim z poziomem warstw nienośnych.
Generalnie, według nowszej wiedzy na ten temat, można przyjmować, że nośność grupy pali odpowiada
sumie nośności pali pojedynczych. Stąd, współczynnik redukcyjny w większości przypadków może być
pomijany (m

1

= 1),

– problemów z uwzględnieniem w obliczeniach oddziaływania tarcia negatywnego, jego wpływem na nośność

całkowitą pala oraz ustaleniem jego wielkości.
Do analizy tarcia negatywnego konieczna jest znajomość przyczyn jego występowania w warunkach budowy
i późniejszej eksploatacji obiektu oraz mechanizmu oddziaływania na pale dla określonych warunków grun-
towych. Ważną rzeczą jest też określenie na podstawie wykonanych badań geotechnicznych, czy dana słaba
warstwa gruntu rzeczywiście wywoła tarcie negatywne.

W przypadku pracy pali w grupie (a prawie zawsze mamy do czynienia z takimi przypadkami w praktyce) bardzo
ważną rzeczą jest obliczanie ich osiadań. Dotyczy to szczególnie budowli ważnych, takich jak mosty, wiadukty,
budowle przemysłowe, zbiorniki, gdzie spełnienie warunku użytkowania czyli osiadań (s

obl

≤ s

dop

) jest szczególnie

nieodzowne. Należy pamiętać, że pale pracujące w grupie osiadają więcej od pala pojedynczego. Według rozwiązań
teoretycznych stosunek s

g

/s

p

(osiadanie grupy pali do osiadania pala pojedynczego) wynosi od około 4 do nawet 8.

W rzeczywistości, na podstawie prowadzonych pomiarów osiadań wykonanych obiektów waha się przeważnie
w granicach od 2 do 4. Projektanci często w odniesieniu do obliczeń osiadań fundamentów palowych nie mają nie

SEMINARIUM „Zagadnienia posadowień na fundamentach palowych”

Gdańsk, 25 czerwca 2004

5

tylko szczegółowej wiedzy i znajomości metod obliczeniowych, ale również nie dysponują programami obliczenio-
wymi.

Istnieje wprawdzie Autorski program obliczeń osiadań fundamentów palowych odnoszący się do metody obli-

czeń zamieszczonych w normie palowej, lecz na jego podstawie otrzymujemy wartości osiadań grupy pali znacznie
większe niż występują w rzeczywistości. W metodzie normowej przyjęto dawne rozwiązanie Poulosa z lat siedem-
dziesiątych, oparte na teorii sprężystości. Do obliczeń osiadań fundamentów na palach można projektantom polecić
prostą, ale w miarę dobrą, metodę fundamentu zastępczego. Zagadnienie to omówione jest szerzej w referacie
K. Gwizdały i I. Dyki.

Jak już wspomniano na wstępie tego punktu, obliczenie nośności pali odbywa się na podstawie ciągle jeszcze

obowiązującej normy z 1983 roku: PN-83/B-02482 „Nośność pali i fundamentów palowych”. Nie ulega jednak
wątpliwości, że jest ona przestarzała i wymaga jak najszybszej zmiany. Wynika to przede wszystkim z rozwoju
badań, postępu technologicznego oraz unowocześniania metod obliczania nośności i osiadań pali, a także koniecz-
ności dostosowania się do zasad i wymogów Eurokodu 7 i poprawy niektórych propozycji zawartych w normie.

Zmiany w normie powinny obejmować:
– obliczanie

nośności na podstawie wzoru statycznego,

– obliczanie

nośności pali w grupie,

– określanie nośności pali na podstawie sondowań (statycznych i dynamicznych),
– określanie nośności pali na podstawie badań dynamicznych,
– obliczanie

osiadań pali pojedynczych i w grupie,

– obliczanie

nośności pali obciążonych poziomo,

– interpretację wyników próbnych obciążeń statycznych,
– kontrolę wykonania pali.

Zagadnienia te omawiano szczegółowo na Krajowej Konferencji Mechaniki Gruntów i Geotechniki w ubiegłym
roku w Szczyrku.

5. WYKONAWSTWO PALI

Zastosowanie danego rodzaju pala powinno być poprzedzone analizą, czy w istniejących warunkach gruntowych na
miejscu budowy oraz w odniesieniu do projektowanej konstrukcji proponowane pale będą przenosić obciążenia
w sposób prawidłowy. W projektach obserwuje się niewłaściwy dobór pali, co powoduje problemy z ich wykonaw-
stwem, nie osiąganie projektowanych nośności i przekraczanie dopuszczalnych osiadań. Często też decydują przy-
zwyczajenia projektanta do danego rodzaju pala, a z drugiej strony spotyka się wręcz nieznajomość innych i nowo-
czesnych technologii palowania oraz maszyn stosowanych do ich wykonawstwa.

Za nieprawidłowe stosowanie należy uznać, na przykład, pale wiercone wprowadzane w piaski luźne lub

pęczniejące grunty spoiste lub pale CFA wykonywane w nawodnionych piaskach drobnych lub przechodzące przez
grunty nienośne o znacznej miąższości jak torfy czy namuły. Wspomniano wcześniej, że bardzo często zamiast
przemieszczeniowych pali wbijanych (prefabrykowanych, Vibro-Fundex) projektuje się gorzej pracujące w danych
warunkach pale wiercone. Dotyczy to oczywiście przypadku, kiedy pale wbijane można zastosować.

W tym miejscu warto też zauważyć, że zdarzają się przypadki projektowania drogich posadowień na palach, gdy

tymczasem warunki gruntowe umożliwiają tańsze i równie bezpieczne posadowienie bezpośrednie.

Przedstawienie podstawowych błędów występujących w wykonawstwie ograniczono do pali wierconych CFA

i wielkośrednicowych, gdyż głównie w tych palach do nich dochodzi.

5.1. Pale CFA – formowane świdrem ciągłym

Dla pali tego typu technologia ich wykonania oraz doświadczenie załogi wykonującej pale ma bardzo duże zna-
czenie. Właściwie każdorazowo należy dopasowywać wymienione poniżej elementy technologii tych pali do
danych warunków gruntowych. Prawidłowe wykonanie pala CFA polega przede wszystkim na przestrzeganiu idei
jego technologii, tj. ciągłym zagłębieniu świdra ślimakowego w grunt i uzyskiwanie efektu dogęszczania gruntu w
otworze (pożądany efekt dogęszczenia osiągnąć można gdy objętość gruntu rozpychanego przekroczy objętość
gruntu przemieszczonego i wynoszonego na świdrze). Żądaną głębokość należy osiągać przy jak najmniejszej
liczbie obrotów świdra, co umożliwia też całkowite wypełnienie talerzy świdra gruntem, a tym samym zapobiega
rozluźnieniu (odprężeniu) gruntu w otworze.

Dla spełnienia tego podstawowego wymogu konieczne jest zastosowanie odpowiednio silnych maszyn,

charakteryzujących się dużym momentem obrotowym oraz siłą nacisku na świder. Przy zbyt słabej maszynie może

SEMINARIUM „Zagadnienia posadowień na fundamentach palowych”

Gdańsk, 25 czerwca 2004

6

występować bardzo niekorzystne i niedopuszczalne zjawisko, że świder zamiast się wkręcać pracuje czasem (przy
większej głębokości) jak przenośnik śrubowy, przemieszczając zbyt dużo gruntu do góry. Może to spowodować
znaczne zmniejszenie nośności pala.

W wykonawstwie pali CFA ważnym momentem jest wybijanie korka z rury rdzeniowej, tuż przed rozpoczęciem

betonowania, co wiąże się z podniesieniem świdra. W celu jak najlepszego zespolenia podstawy pala z pobocznicą
należy te czynności wykonywać jednocześnie (podnoszenie świdra – wybijanie korka – podawanie betonu pod
ciśnieniem do rdzenia) lecz rdzeń świdra powinien być wypełniony betonem przed wybiciem korka.

Kolejny etap, betonowanie trzonu pala wymaga przygotowania mieszanki betonowej o właściwej konsystencji

oraz stosowanie odpowiedniego ciśnienia dla pompowania jej poprzez rdzeń świdra do otworu. Zwraca się uwagę,
że w przypadku wykonawstwa pali w gruntach niespoistych (przepuszczalnych) może występować ucieczka wody
z mieszanki betonowej do gruntu. Powoduje to szybsze twardnienie betonu, utrudniające późniejsze wprowadzenie
zbrojenia, a także gorszą współpracę trzonu pala z gruntem.

Niezależnie od odpowiedniego doboru mieszanki betonu w zależności od rodzaju podłoża gruntowego (wg opra-

cowanej receptury) ważną rolę odgrywa podczas betonowania stosowane ciśnienie pompowania mieszanki.
Generalnie ciśnienie powinno być tak dobrane, aby przewyższało dla danej głębokości parcie wody i gruntu. Powin-
no zapewniać w każdym momencie wypełnienie betonem otworu pod świdrem, jednak niedopuszczalna jest ucie-
czka betonu do góry wzdłuż zewnętrznej powierzchni świdra. Objętość podanego betonu, w stosunku do objętości
otworu jest zwykle większa o około 25

÷30%, zależnie od stosowanego nadciśnienia i rodzaju gruntu.

Po zakończeniu betonowania trzonu pala należy natychmiast przystąpić do pogrążenia zbrojenia w świeżą mie-

szankę betonową. Przy dłuższych palach zwykle konieczne jest stosowanie wibratora montowanego do korony
kosza. Wibrator musi posiadać odpowiednią moc, tak aby nie występowało zatrzymywanie się zbrojenia w betonie.
Przedłużony w takim przypadku czas wibrowania może powodować segregację kruszywa i osłabienie wytrzyma-
łości betonu. Ważną rzeczą jest również zachowanie osiowości podczas wkładania zbrojenia, aby nie nastąpiło jego
odchylenie. Z tego względu, przy dłuższych palach, konieczne jest stosowanie prowadnic.

Podczas wykonywania pali CFA należy prowadzić kontrolę i rejestrację za pomocą aparatury zamontowanej

w maszynie oraz na bieżąco analizować wyniki.

Nie zachowanie odpowiednich rygorów technologicznych, w każdej z wymienionych faz wykonawstwa pali

CFA, stanowi błąd prowadzący do obniżonej ich nośności i zwiększonego ich osiadania.

Konieczne jest jeszcze raz wspomnienie o wykonywaniu pali CFA o odpowiedniej długości. Z praktyki wyniki,

że pale te, szczególnie o typowych średnicach

φ 40 ÷ 60 cm powinny mieć długość minimum 10,0 m. Dopiero przy

takich i większych długościach następuje właściwe dogęszczenie gruntu w niższych partiach wierconego otworu,
a więc przy podstawie pala (dotyczy to przede wszystkim gruntów niespoistych) zapewniając przenoszenie zapro-
jektowanego obciążenia.

5.2. Pale wielkośrednicowe

Błędy wykonawstwa tych pali dotyczą przede wszystkim złego wykonawstwa podstawy, która ma decydujący
wpływ na całkowitą nośność. Należy pamiętać, że podczas wiercenia otworu w poziomie podstawy pala występuje
zjawisko odprężenia gruntu, co prowadzi do jego rozluźnienia, a tym samym możliwego zmniejszenia oporu gruntu
pod podstawą i zwiększonego osiadania pala. Rozluźniony grunt jest też przyczyną opóźnionej mobilizacji oporu
podstawy w stosunku do mobilizacji oporu gruntu wzdłuż pobocznicy. Jak wiadomo, te mankamenty pali wielko-
średnicowych eliminuje stosowanie iniekcji pod ich podstawami, powodujące wstępne naprężenia gruntu, a także
w pewnym stopniu „naprawę” źle wykonanej podstawy pala.

Z podstawowych błędów, które występują podczas wiercenia i betonowania pala wielkośrednicowego należy

wymienić:

– wyprzedzanie

świdrem rury obsadowej,

– niewystarczające kontrowanie ciśnienia wody w gruncie ciśnieniem wody w rurze obsadowej,
– nieumiejętne podciąganie narzędzia wiertniczego, mogące powodować zasysanie gruntu z dna otworu,
– naruszanie i nawadnianie struktury gruntów spoistych,
– nie czyszczenie lub niedokładne czyszczenie odpowiednim urządzeniem dna otworu przed betonowaniem,
– niedopuszczalne przerwy w betonowaniu trzonu pala,
– nieumiejętne stosowanie metody Contractor,
– niedotrzymywanie wymaganego reżimu technologicznego i brak ciągłego nadzoru.

SEMINARIUM „Zagadnienia posadowień na fundamentach palowych”

Gdańsk, 25 czerwca 2004

7

O poprawnym wykonaniu pali wielkośrednicowych świadczy przebieg krzywej zależności osiadania od obciążenia
s/Q w zakresie 1,5

× N

t

(N

t

– nośność całkowita pala) otrzymywany z próbnych obciążeń. Powinien on być łagodny,

bez nagłego wzrostu osiadań, które charakteryzuje się załamaniem krzywej. Nie odnosi się to oczywiście do przy-
padku, gdy warunki gruntowe okazują się znacznie gorsze w stosunku do wynikających z badań geotechnicznych.

Na końcu należy jeszcze wspomnieć o bardzo ważnej roli nadzoru inżynierskiego na miejscu budowy. Niestety,

inspektorzy nie zawsze są wystarczająco zorientowani w problematyce obliczeniowej pali, ich pracy w gruncie oraz
specyfice technologii wykonawstwa danego rodzaju pali.

Omówione w referacie podstawowe błędy, występujące przede wszystkim w obliczeniach pali zilustrowane są

w II części wybranymi przykładami. W praktyce Autor i jego Zespół Naukowy z Katedry Geotechniki Politechniki
Gdańskiej (i Studium Doktoranckiego) spotkali się ze znacznie liczniejszymi przypadkami źle zaprojektowanych
fundamentów palowych, jednak ograniczone miejsce opracowania uniemożliwia zaprezentowanie wszystkich.

Błędy występujące w projektowaniu i wykonawstwie pali – cz. II

T. Brzozowski, A. Krasiński, A. Słabek

Katedra Geotechniki Politechniki Gdańskiej; [e-mail], [e-mail], [e-mail]

6. PRZYKŁADY

W części II referatu przedstawiono wybrane przykłady popełnionych błędów (których przyczyny omówiono
w części I) w odniesieniu do rzeczywistych obiektów.

Przykłady podano na podstawie badań, opracowań i orzeczeń wykonanych przez Zespół Naukowy pod

kierownictwem prof. A. Tejchmana (dr hab. inż. K. Gwizdała, prof. PG, dr inż. A. Krasiński, dr inż. T. Brzozowski,
dr inż. I. Dyka, dr inż. A. Słabek) z ostatnich kilku lat.

6.1. Przykład 1 – posadowienie mostu drogowego na palach wielkośrednicowych

Pod podpory mostu drogowego zaprojektowano i wykonano pale wiercone o średnicy

φ 1500 mm i długości 8,0 m

(rys. 2). Wykonane próbne obciążenia statyczne pali wykazały, że pale nie przenoszą nawet do 50% projektowanych
obciążeń (rys. 3).

oczep ¿elbetowy

B x H x L = 2.0 x 1.2 x 15.5 m

+ 0.30

± 0.00

+ 4.55

pale wiercone

wielkoœrednicowe

D = 1520 mm, L = 8.0 m

piaski i ¿wiry

(luŸne i œredniozagêszczone)

gliny, gliny ze ¿wirem,

gliny pylaste

(twardoplastyczne i pó³zwarte)

- 0.90

0

20

40

60

80

0

1000

2000

3000

4000

Obciążenie Q [kN]

O

si

ada

ni

e

s

[

m

m

]

Rys. 2. Schemat posadowienia podpory mostu

Rys. 3. Wynik próbnego obciążenia statycznego pala

SEMINARIUM „Zagadnienia posadowień na fundamentach palowych”

Gdańsk, 25 czerwca 2004

8

Na całej długości mostu podłoże jest silnie uwarstwione. Miąższość poszczególnych warstw, rodzaj i stan gruntów
są silnie zróżnicowane. Według opracowanej dokumentacji od powierzchni terenu do głębokości od 7,0 do 14,0 m
występują utwory piaszczyste o różnej granulacji oraz żwiry i pospółki w stanie średniozagęszczonym. Pod osadami
piaszczystymi znajduje się kompleks gruntów spoistych o miąższości od 8,0 do 17,0 m. Są to głównie gliny, gliny ze
żwirem, gliny pylaste i pyły w stanie twardoplastycznym i półzwartym. Poniżej zalegają warstwy utworów
mioceńskich w postaci zagęszczonych piasków drobnych.

Stan gruntów ustalono na podstawie badań in situ za pomocą sondowania sondą ciężką oraz sondą wciskaną.

Podstawowym błędem przy określaniu stanu gruntu było wykorzystanie niewłaściwych cechowań i korelacji
(tablica 1), które spowodowały przyjęcie do projektowania zawyżonych parametrów wytrzymałościowych gruntów.

W obliczeniach nośności pali nie popełniono błędów merytorycznych aczkolwiek przyjmowano do analiz

stopnie zagęszczenia będące górną granicą wartości podanych w dokumentacji geotechnicznej. Dodatkowo, przy
dużej zmienności miąższości warstw okazało się, że podstawy pali mogą znajdować się zarówno w glinach
(w różnym stanie) jak i w luźnych piaskach. Ponieważ podstawy pali zakończone były na styku dwóch warstw
gruntu o różnej wytrzymałości, przyjęcie odpowiedniej długości pali należało poddać dokładniejszej analizie.

Należy również zwrócić uwagę na fakt, że względna długość pali (L/D) wynosi tylko około 5,3, co prowadzi do

niekorzystnej pracy takiego pala w gruncie. W wyniku zbyt późnego włączania się podstawy pala w przenoszenie
obciążeń występują zbyt duże osiadania.

Ostre załamania krzywych obciążenie-osiadanie z próbnych obciążeń pali wskazuje, że obciążenia przenoszone

są głownie przez pobocznicę pala. W związku z tym wpływ na zmniejszenie nośności pali mogło mieć również
niewłaściwe wykonawstwo podstaw pali. Nie można jednak tego faktu jednoznacznie stwierdzić bez bieżącej
kontroli na budowie.

W związku z tym, że pod podporami nie można było wykonać dodatkowych pali, opracowano koncepcję

wzmocnienia podpory za pomocą włączenia płyty fundamentowej (oczepu zwieńczającego pale) do współpracy
przy przenoszeniu obciążeń z mostu na podłoże gruntowe. W tym celu poszerzoną płytę wykonano w obrysie
wbitych ścianek szczelnych. Wewnątrz i na zewnątrz ścianek szczelnych zagęszczono grunt metodą wibroflotacji do
stopnia zagęszczenia I

D

> 0,6. Na rys. 4 przedstawiono koncepcję wykonanego wzmocnienia a na rys. 5 plan

sytuacyjny zagęszczania i uzyskany efekt.

Prowadzone po wykonaniu i oddaniu do użytku mostu pomiary geodezyjne wykazały osiadania konstrukcji

rzędu kilku milimetrów, w stosunku do otrzymanych z próbnych obciążeń pali rzędu kilkudziesięciu milimetrów.

+ 0.30

± 0.00

+ 4.55

- 0.90

oczep ¿elbetowy

B x H x L = 3.75 x 1.2 x 17.7 m

pale wiercone

wielkoœrednicowe

D = 1520 mm, L = 8.0 m

œcianka szczelna

(profile Larssena)

grunt zagêszczony

grunt zagêszczony

piaski i ¿wiry

(luŸne i œredniozagêszczone)

gliny, gliny ze ¿wirem,

gliny pylaste

(twardoplastyczne i pó³zwarte)

1.60

0

0

5

10

15

10

20

30

40

q , MPa

c

z [m]

2.20

2.20

3.75

1.60

17.70

po zagêszczeniu

przed zagêszczeniem

Rys. 4. Koncepcja wzmocnienia podpory mostu

Rys. 5. Plan zagęszczenia i uzyskany efekt wibroflotacji

6.2. Przykład 2 – fundamenty podtorza dźwigów

Niniejszy przykład w jaskrawy sposób przedstawia niewłaściwe przygotowanie dokumentacji geotechnicznej wyko-
nywanej dla projektu posadowienia belek podtorza dźwigów. Dla tak odpowiedzialnej, bardzo obciążonej konstruk-
cji w pierwszej dokumentacji geotechnicznej wykonano za płytkie rozpoznanie podłoża przyjmując jednocześnie
zbyt duży rozstaw punktów badawczych. W konsekwencji takiego podejścia otrzymano za bardzo uogólnione

SEMINARIUM „Zagadnienia posadowień na fundamentach palowych”

Gdańsk, 25 czerwca 2004

9

profile geotechniczne, na podstawie których w pierwotnym projekcie belki podtorza posadowione zostały na prefa-
brykowanych palach żelbetowych 0,35

×0,35 m o długości L = 5.0 m.

Dopiero interwencja wykonawcy pali spowodowała rozszerzenie badań geotechnicznych w zakresie głębokości

wierceń i sondowań oraz rozstawu punktów badawczych. Przykładowe trzy profile (rys. 6) ukazują jak bardzo
skomplikowana jest w rzeczywistości budowa geologiczna podłoża w analizowanym rejonie.

Dodatkowe badania pozwoliły stwierdzić, że podstawy większości zaprojektowanych pierwotnie pali prefabry-

kowanych zakończone byłyby w namułach! (rys. 6). Obliczenia nośności pali wykazały, że nawet pale, których pod-
stawy znalazłyby się w piaskach w większości nie przenoszą założonych obciążeń projektowych.

Oczywistą konsekwencją było wykonanie nowego projektu posadowienia. Zaprojektowano pale Vibro-Fundex

o średnicy trzonu

φ 457 mm i średnicy podstawy (buta) φ 550 mm o długości L = 19.0 m. Dopiero tak długie pale

zakończone w piaskach zalegających poniżej spągu kompleksu namułowo-piaszczystego mogły bezpiecznie prze-
nieść obciążenia projektowe.

- 2,00

- 0,90

- 1,20

- 2,70

- 1,80

- 4,00

- 2,50

- 2,50

- 6,20

- 4,00

- 4,60

- 5,00

- 5,40

- 9,20

- 9,70

- 8,40

- 9,30

- 12,00

- 11,40

- 11,00

- 12,00

- 13,30

- 14,30

- 14,80

- 16,80

- 1,0

- 1,0

- 1,0

- 6,0

- 6,0

- 6,0

- 20,0

- 20,0

- 20,0

± 0,0

± 0,0

± 0,0

pal Vibro-Fundex

457 mm, L=19,0m

f

pal prefabrykowany

35x35 cm, L=5,0m

Pd,

Pd,

Pd,

Pd,

Pd,

Pd,

Pd,

Pd,

Nm

Nm

Nm

Nm

Nm

T

Nmp

Nm

p

Nm

Nm

Nm

Pd,

Pd,

Pd,

Pd,

Pd,

Pd,

nB

nB

nB

I

D

I

D

I

D

I

D

I

D

I

D

I

D

I

D

I

D

I

D

I

D

I

D

I

D

I

D

=0,52

=0,52

=0,52

=0,52

=0,75

=0,75

=0,75

=0,75

=0,26

=0,75

=0,75

=0,75

=0,26

=0,26

profil 1

profil 2

profil 3

Rys. 6. Przykładowe profile geotechniczne podłoża pod posadowienie podtorza dźwigów

Błąd w niniejszym przypadku popełniony został nie tylko przez firmę wykonującą badania geotechniczne ale rów-
nież przez biuro projektów. Oba przedsiębiorstwa były firmami lokalnymi i doskonale musiały zdawać sobie sprawę
jak ukształtowane jest podłoże w analizowanym rejonie. Niewykorzystanie jakichkolwiek dokumentacji archiwal-
nych przed rozpoczęciem badań terenowych doprowadziło do błędnego zaprojektowania posadowienia oraz wyko-
nania kilkuset prefabrykatów krótkich pali.

6.3. Przykład 3 – posadowienie wiaduktów autostrady

Przedstawiony przykład w bardzo jaskrawy sposób pokazuje kiedy nie powinno się stosować pali Na rys. 7 przed-
stawiono dwa najbardziej ekstremalne przykłady profili geotechnicznych występujących w rejonie posadowienia
wiaduktów w ciągu budowanej autostrady. Jak łatwo zauważyć podłoże idealnie nadaje się do zastosowania
posadowienia bezpośredniego. Biorąc pod uwagę koszty wykonania pali, których liczba na każdą podporę wynosi
przynajmniej kilkanaście, przyjęcie posadowienia bezpośredniego podpór wiaduktów byłoby znacznie tańsze.

SEMINARIUM „Zagadnienia posadowień na fundamentach palowych”

Gdańsk, 25 czerwca 2004

10

wiadukt 1

wiadukt 2

± 0,00

± 0,00

- 4,0

- 1,8

- 10,0

- 8,0

pale wiercone

1200 mm, L=10,0m

f

pale wiercone

1200 mm, L=8,0m

f

Pr,

Ps,

Ps,

Pd,

I

D

I

D

I

D

I

D

=0,74

=0,72

=0,62

=0,57

Rys. 7. Przykładowe profile geotechniczne podłoża pod posadowienie wiaduktów autostrady

Dodatkowo przy niewłaściwym wykonaniu pali (a szczególnie ich podstaw) powyżej zaprezentowane warunki
można jedynie pogorszyć otrzymując w efekcie znacznie gorzej pracującą konstrukcję, której osiadania mogą być
większe niż w przypadku zastosowania fundamentów bezpośrednich.

Można się zastanawiać czy zaprezentowany przykład należy zaliczyć do błędów czy też ewentualnie założyć

brak doświadczenia projektantów. Mając do zaprojektowania kilkadziesiąt obiektów, z tego większość na palach, na
pewno łatwiej i szybciej jest przyjąć podobny sposób posadowienia. Ale czy tędy droga?

6.4. Przykład 4 – fundament komina posadowiony na palach CFA

Pod fundament kołowy, stanowiący podporę wysokiego komina, wykonano pale CFA o średnicy

φ 700 mm i dłu-

gości 17,0 m. Jak wykazały próbne obciążenia statyczne wykonane pale nie osiągnęły wymaganej nośności.

Podłoże pod projektowanym kominem stanowiły wyłącznie piaski drobne średniozagęszczone i zagęszczone

a obliczenia statyczne wskazywały, że pale powinny mieć wystarczającą nośność. W związku z powyższym zaleco-
no wykonanie sprawdzających sondowań statycznych pomiędzy wykonanymi palami oraz sondowanie korelacyjne
na zewnątrz analizowanego fundamentu (rys. 8).

0

0

0

10

CPT nr 1

CPT nr 2

CPT nr 5

20

q [MPa]

c

[m

ppt]

[m

ppt]

[m

ppt]

f [MPa]

s

f [MPa]

s

f [MPa]

s

q [MPa]

c

q [MPa]

c

10

20

30

10

20

30

-5

-5

-5

-15

-15

-15

-10

-10

-10

-20

-20

-20

-25

-25

-25

0.1

0.1

0.1

0.2

0.2

0.2

0.3

0.3

0.3

0.4

0.4

0.5

0.5

q

c

f

s

q

c

f

s

q

c

f

s

Rys. 8. Wynik sondowań sprawdzających po wykonaniu pali CFA

SEMINARIUM „Zagadnienia posadowień na fundamentach palowych”

Gdańsk, 25 czerwca 2004

11

- pale CFA, 700mm

f

- pale TUBEX, 574mm

f

24

.00

m

CPT nr 1

CPT nr 4

CPT nr 3

CPT nr 2

CPT nr 5

Rys. 9. Plan palowania pod fundament komina

Jak wynika z badań sondą statyczną na skutek wykonania pali CFA piaski drobne uległy znacznemu rozluźnieniu,
szczególnie poniżej głębokości 10 m. W trakcie zagłębiania świdra w podłoże ze zbyt dużą prędkością obrotową
następowało wynoszenie gruntu do góry i w konsekwencji znaczne rozluźnianie podłoża.

Do poprawnego (zgodnego z wymogami technologii) wykonania pali CFA w średniozagęszczonych i zagęszczo-

nych piaskach należałoby użyć wiertnicy charakteryzującej się znacznie większą siłą nacisku na świder. Należy
jednak podkreślić, że z uwagi na trudności w utrzymaniu reżimu technologicznego zastosowanie do posadowienia
pali CFA w istniejących warunkach geotechnicznych było niewłaściwe.

W celu naprawy istniejącej sytuacji zdecydowano się na wzmocnienie fundamentu komina palami Tubex o śred-

nicy zewnętrznej

φ 574 mm. Sposób rozwiązania pokazano na rys. 9. Wykonano pale o długości 20,0 m, przyj-

mując, że pozostałe na dwóch środkowych okręgach pale CFA włączą się do przenoszenia obciążeń w drugim
etapie. Wyniki próbnych obciążeń zarówno pali CFA jak i pali Tubex przedstawiono na rys. 10. Zaobserwować
można znacznie lepszą pracę dogęszczających pali Tubex.

0

0

10

20

30

40

50

60

70

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Obci¹¿enie [kN]

Osiadanie

[mm]

pal TUBEX nr 1

pal CFA nr 1

pal CFA nr 2

pal TUBEX nr 2

Rys. 10. Wyniki próbnych obciążeń pali

SEMINARIUM „Zagadnienia posadowień na fundamentach palowych”

Gdańsk, 25 czerwca 2004

12

6.5. Przykład 5 – fundamenty zbiorników na palach CFA

Posadowienie fundamentów zbiorników zaprojektowano na palach CFA o średnicy

φ 800 mm i długości L = 7,0 m.

Wykonane dwa próbne obciążenia statyczne wykazały brak wystarczającej nośności pali (rys. 12).

Podłoże gruntowe w całym przekroju zbudowane jest w ze średniozagęszczonych piasków drobnych (rys. 11).

Należy zaznaczyć, że wykonane odwierty są zbyt płytkie (niektóre zakończone na poziomie podstaw projektowa-
nych pali) aby można było wykonać prawidłowe obliczenia statyczne nośności.

- 4,20

zwg

- 7,00

- 8,30

- 1,95

- 8,95

± 0,0

Pd,

Pd,

Pd,

nB

I

D

I

D

I

D

=0,35

=0,55

=0,45

pale CFA

800 mm, L=7,0m

f

0

10

20

30

40

0

500

1000

1500

Obciążenie Q [kN]

O

s

ia

dan

ie

s

[m

m

]

pal nr 1

pal nr 2

Rys. 11. Profil geotechniczny

Rys. 12. Wyniki próbnych obciążeń pali CFA

Prezentowany przykład oraz liczne doświadczenia z palami CFA na różnych budowach jest kolejnym dowodem na
to, że technologia formowania pali CFA w średniozagęszczonych i luźnych piaskach jest technologią zawodną.

Pale formowane świdrem ciągłym a także wszystkie pale wiercone nieprzemieszczeniowe zakończone w podob-

nych warunkach geologicznych nie zapewniają wymaganej nośności pomimo tego iż obliczeniowo warunek
nośności jest spełniony. Projektując pale CFA w takich warunkach należy więc zachować pewną ostrożność i mieć
na uwadze niekorzystny efekt pogorszenia rodzimej struktury gruntu.

Fakt występowania w podstawach pali gruntów luźnych lub średniozgęszczonych sprawia, że w trakcie obcią-

żenia następuje dogęszczanie gruntu. Efekt ten potwierdzają wyniki próbnych obciążeń, których wykresy charak-
teryzują się bardzo szybkim przyrostem osiadań dla kolejnych stopni obciążenia przy krótkim czasie stabilizacji
(20

÷ 40 min).

Dodatkowym, niekorzystnym czynnikiem jest zbyt mała długość pala. Jak zaznaczono w p. 5.1 pale o typowych

średnicach (

φ 400 ÷ 600 mm) powinny mieć długość minimum 10,0 m. Dla pali o większej średnicy (jak w prezen-

towanym przykładzie) długość powinna być większa niż 12,0 m.

Najlepszym rozwiązaniem projektowym dla przedstawionych warunków byłoby zastosowanie pali przemiesz-

czeniowych (wwiercanych lub wbijanych), które w trakcie ich wykonywania nie pogarszają podłoża, a wręcz
przeciwnie, powodują poprawę parametrów gruntu.

6.6. Przykład 6 – pale wiercone w iłach

Rozpatrywany przypadek dotyczy posadowienia wiaduktu na palach wielkośrednicowych zagłębionych w zwartych
i półzwartych iłach, zlokalizowanego w okolicach Krakowa. Posadowienie podpór wiaduktu zaprojektowano na
palach wierconych wielkośrednicowych

φ 1500 mm o długościach L = 9,0 m do 15,0 m.

Konstrukcję przykładowej podpory z palami i profilem geotechnicznym przedstawiono na rys. 13. Przewidywa-

ne obciążenie obliczeniowe na pojedynczy pal w przykładowej podporze wynosiło Q

r

= 2800 kN, natomiast obli-

czone według normy nośności pali N

t

= 3100

÷ 4080 kN. Wykonane próbne obciążenia trzech wybranych losowo

pali obiektu wykazały jednak bardzo słabą pracę pali w gruncie i duży niedobór nośności, co ilustrują wykresy
próbnych obciążeń na rys. 14. Nośności rzeczywiste pali (k

⋅N

c

0

) określono na poziomie 1850 do 2150 kN.

Kształt wykresów wskazuje wyraźnie na bardzo niską nośność przede wszystkim podstaw pali. Po osiągnięciu

oporu granicznego pobocznicy następuje, bez przyrostu obciążenia, gwałtowny wzrost nieustabilizowanego osiada-
nia pali, dochodzącego do ponad 30 cm. Zadaniem autorów było wyjaśnienie przyczyn tak niskiej nośności pali i tak
złej pracy pali w gruncie.

SEMINARIUM „Zagadnienia posadowień na fundamentach palowych”

Gdańsk, 25 czerwca 2004

13

zwg

- 5,00

- 7,70

- 9,00

+0,00

-2,00

-11,00

Nmg

I³,

I³,

nB

I

L

I

L

=0,12

=0,00

pale wiercone

1500 mm, L=9.0 m

f

1

.40

5.00

5.00

8

.00

3.00

3

.00

3

.00

1.00

1

.00

1.00

1

.00

0

50

100

150

200

250

0

1000 2000 3000 4000

Obciążenie Q [kN]

O

s

ia

da

ni

e s

[

m

m

]

Rys. 13. Fundament przykładowej podpory wiaduktu

Rys. 14. Wyniki próbnych obciążeń pali

Zgodnie z dokumentacją geologiczno-inżynierską zwarte i półzwarte iły, w których zagłębione zostały pale posia-
dały znaczne domieszki łupków i wykazywały wysoki wskaźnik pęcznienia (V

p

= 14

÷ 15%). Takie właściwości

iłów znane były już na etapie projektu, stąd zalecono wiercenie pali na sucho w rurach obsadowych, aby nie
dopuścić do nawodnienia iłów. Wykonawca dostosował się do tych zaleceń i dodatkowo zastosował beton o niskiej
zawartości wody. Mimo to okazało się, że pale nie osiągają oczekiwanych nosności.

Przeprowadzone analizy i dodatkowe badania wykazały, że zasadniczą przyczyną niskich nośności pali były

bardzo niskie moduły ściśliwości iłów: M

0

= 16

÷ 18 MPa. Wartości tych modułów okazały są prawie 3-krotnie

mniejsze od ustalonych w dokumentacji metodą B (M

0

= 40 MPa), a dodatkowo wiadomo, że iły zalegające na

pewnej głębokości wykazują większe moduły od normowych. Tak duża ściśliwość iłów wpłynęła na duże osiadania
pali, a w przypadku oporu pod podstawą pala nie pozwalała na pełną mobilizację wytrzymałości gruntu na ścinanie.
Niestety rzeczywiste wartości modułów ściśliwości iłów zostały stwierdzone dopiero po wykonaniu pali, na
podstawie badań edometrycznych próbek NNS pobranych w celu wyjaśnienia przyczyn niskiej nośności pali. Przy
opracowywaniu dokumentacji geotechnicznej dla potrzeb projektu nie wykonano żadnych badań ściśliwości
gruntów, ani wytrzymałości na ścinanie. Nie wykonano również sondowań CPT, które prawdopodobnie wykazałyby
obniżone parametry ściśliwości iłów. Dodatkowo na niską nośność pali wpływ miało również zaprojektowanie zbyt
krótkich pali oraz niedokładności wykonawcze (np. brak czyszczenie dna otworów i możliwość przesączania się do
iłów wody gruntowej z wyższych warstw wodonośnych po ściankach rur obsadowych).

Iły są jednymi z najbardziej skomplikowanych gruntów. Ich parametry i właściwości bardzo zależą od składu

mineralnego i chemicznego, pochodzenia, wieku oraz warunków powstawania, i mogą wykazywać duże zróżnico-
wanie. Ustalanie parametrów iłów metodą B, na podstawie stabelaryzowanych zależności i wykresów normowych
może być niewystarczające. Często konieczne jest zweryfikowanie tych parametrów badaniami laboratoryjnymi
i terenowymi oraz określenie kilku dodatkowych właściwości. Wiele iłów wykazuje właściwości pęczniejące,
tiksotropowe, zlustrzenia (iły warwowe). Niekorzystne i niejednoznaczne właściwości iłów mogą być przyczyną
dużych komplikacji w realizacji posadawianych na nich obiektów, obniżonych nośności fundamentów, a czasami
ich awarii. W praktyce znanych jest wiele przykładów takich komplikacji. Przedstawiony wyżej, jest jednym
z takich przykładów. Gdyby w trakcie prac geologicznych dla potrzeb projektu wiaduktu rozpoznano dokładniej
parametry iłów, możliwe byłoby uniknięcie opisanej wyżej kłopotliwej i trudnej do rozwiązania sytuacji. Mając tak
niejednoznaczne parametry iłów projektant być może, w konsultacji z geotechnikiem, podjąłby decyzję o zastoso-
waniu np. dłuższych pali (doprowadzonych do warstw o lepszych parametrach) lub innej technologii palowania –
np. pali wbijanych lub innych przemieszczeniowych.

6.7. Przykład 7 – fundamenty palowe pieca

Rozpatrywany przypadek dotyczy fundamentów skrzyniowych pieca obrotowego w cementowni, posadowionych na
pionowych palach wierconych

φ 1200 mm. Konstrukcję fundamentu jednej z podpór przedstawiono na rysunku 15.

Fundamenty tego typu obiektów są obciążone w sposób złożony i wielowariantowy siłami pionowymi i poziomymi.
Przy takim układzie ważne jest odpowiednie wymodelowanie schematu statycznego fundamentu, tak aby otrzymać
zgodny z rzeczywistością rozkład sił wewnętrznych w palach i w konstrukcji fundamentu. Przede wszystkim ważne
jest, aby pale wymodelowane były jako konstrukcje podatne lub jako podpory podatne.

SEMINARIUM „Zagadnienia posadowień na fundamentach palowych”

Gdańsk, 25 czerwca 2004

14

Rys. 15. Konstrukcja fundamentu jednej z podpór pieca obrotowego

W omawianym przypadku zastosowano niestety w miejscach pali podpory stałe, z zablokowanymi przesuwami
zarówno w kierunku pionowym jak i w obu kierunkach poziomych (rys. 16a). Po przyjęciu takiego schematu staty-
cznego, w wyniku obliczeń otrzymano bardzo nierównomierny rozkład sił w palach, a szczególnie sił poziomych
w głowicach (rys. 16b). Spowodowane to było tym, że przy tak przyjętym schemacie podpór palowych działająca na
fundament siła pozioma przejmowana była w całości przez jedną lub dwie podpory, najbliższe punktu przyłożenia
siły. Pozostałe podpory pozostawały nie obciążone. W efekcie otrzymano bardzo duże siły poziome w głowicach
jednych pali, a bardzo małe w innych. Następnie wykonano obliczenia pali na działające w głowicach siły poziome
według zaleceń normy palowej, na podstawie których otrzymuje się między innymi momenty zginające w palach,
potrzebne do zwymiarowania zbrojenia. Rezultat tych obliczeń był taki, że w jednym palu tego samego fundamentu
zaprojektowano zbrojenie z 52 prętów

φ 32 mm, a w innym tylko 16 prętów φ 32 mm.

Rys. 16. Schemat fundamentu z palami w postaci podpór stałych i obwiednia obliczonych sił w palach

4.81

3.31

0.75

0.75

10

.3

0

0.

75

2.

00

2.

00

2.

00

2.

00

0.

75

oś pieca

obrotowego

A

A

pale wiercone

φ1200 mm, L = 16.0 m i 18.0 m

9.45

0.50

0.50

1.20

±

0.00

- 19.2

A - A

- 17.2

P

d

,

I

D

= 0.65

G

p

,

I

L

= 0.38

P

d

,

I

D

= 0.90

X

F

x

=1036

F

y

=453

F

z

=5239

Y

F

x

=47

F

y

=409

F

z

=5365

F

x

=25

F

y

=66

F

z

=1481

F

x

=47

F

y

=395

F

z

=5278

F

x

=1008

F

y

=460

F

z

=5133

F

x

=1065

F

y

=256

F

z

=4172

F

x

=38

F

y

=336

F

z

=3850

F

x

=9

F

y

=215

F

z

=2933

F

x

=37

F

y

=327

F

z

=3778

F

x

=1036

F

y

=244

F

z

=4055

F

x

, F

y

, F

z

[kN]

V

M

y

M

x

H

x

H

y

Z

X

Y

a) b)

SEMINARIUM „Zagadnienia posadowień na fundamentach palowych”

Gdańsk, 25 czerwca 2004

15

W rzeczywistości pale są konstrukcjami podatnymi i ulegają ugięciom oraz przemieszczeniom pod wpływem
obciążeń. Podatność ta sprawia, że obciążenia rozkładają się dużo bardziej równomiernie na pale niż w przypadku
podpór sztywnych. Dla porównania, na rys. 17 przedstawiono wyniki obliczeń tego samego fundamentu, ale przy
wymodelowaniu pali w postaci podpór sprężystych. Jak widać rozkład sił znacznie różni się od przedstawionego na
rys. 16b. Dla takiego rozkładu, na podstawie obliczeń pali na siły poziome, zaprojektowano jednakowe zbrojenie we
wszystkich palach w ilości 12 prętów

φ 32 mm. Na szczęście opisany błąd obliczeniowy został stwierdzony na

etapie weryfikacji projektu, jeszcze przed wykonawstwem pali i możliwa była korekta tego projektu.

Rys. 17. Schemat fundamentu z palami w postaci podpór sprężystych i obwiednia obliczonych sił w palach

6.8. Przykład 8 – fundamenty estakady na krótkich palach wierconych

Omawiany przypadek dotyczy zaprojektowanych i zrealizowanych fundamentów podpór estakady drogowej. Pod-
pory te posadowiono na palach wierconych wielkośrednicowych

φ 1200 i φ 1500 mm, przy czym przyjęto mało

racjonalne rozwiązania, polegające na zastosowaniu zbyt dużej liczby bardzo krótkich pali (rys. 18 i 19). W obu
przypadkach pod filary jednosłupowe zastosowano bardzo obszerne płyty fundamentowe oparte na dużej liczbie
pali. Szczególnie kuriozalny jest przykład fundamentu na rysunku 19, w którym zastosowano 14 pali

φ 1500 mm od

długości 4,5 m. Niestety tak zaprojektowane fundamenty zostały zrealizowane i na domiar złego próbne obciążenia
pali wykazały niewystarczające nośności pali.

W miejsce przedstawionych na rys. 18 i 19 fundamentów palowych możliwe było zastosowanie rozwiązań

przedstawionych na rys. 20 i 21, które zostały poparte odpowiednimi obliczeniami statycznymi i dodatkowo okazały
się dużo korzystniejsze ekonomicznie.

Qr=1961 kN
Nt=2050 kN

pale wiercone

1000 mm, L=7.5 m

f

1

.6

5

12.00

Rys. 18. Przyjęty w projekcie sposób posadowienia podpory nr 1

2

.30

0

.7

0

.7

2

.30

12.00

1.85

0.7

2.30

2.30

2.30

1.85

0.7

Z

X

Y

V

M

y

M

x

H

x

H

y

X

F

x

=262

F

y

=153

F

z

=4971

Y

F

x

=249

F

y

=152

F

z

=4564

F

x

=235

F

y

=151

F

z

=3979

F

x

=242

F

y

=150

F

z

=4506

F

x

=249

F

y

=150

F

z

=4867

F

x

=262

F

y

=144

F

z

=4076

F

x

=249

F

y

=143

F

z

=3715

F

x

=235

F

y

=143

F

z

=3274

F

x

=241

F

y

=142

F

z

=3655

F

x

=248

F

y

=142

F

z

=3969

F

x

, F

y

, F

z

[kN]

a) b)

SEMINARIUM „Zagadnienia posadowień na fundamentach palowych”

Gdańsk, 25 czerwca 2004

16

Qr=2570 kN
Nt=2826 kN

pale wiercone

1500 mm, L=4.5 m

f

1

.50

6.00

Rys. 19. Przyjęty w projekcie sposób posadowienia podpory nr 2

Qr=2554 kN
Nt=2581 kN

pale wiercone

1000 mm, L=11.5 m

f

1

.6

5

6.40

Rys. 20. Zaproponowany przez autorów sposób posadowienia podpory nr 1

pale wiercone

1000 mm, L=13.0 m

f

1

.50

10.90

Qr=3413 kN
Nt=4796 kN

Rys. 21. Zaproponowany przez autorów sposób posadowienia podpory nr 2

0

.95

0

.95

4

.10

12.00

0.95

2.51

2.52

2.21

2.21

2.53

2.53

2.53

2.53

2.52

0.95

2.50

2

.50

0.7

0

.7

0.7

0

.7

2.50

2

.50

6.40

6.

40

2

.6

0

4

.50

0

.95

0

.95

10.90

0.95

3.00

3.00

3.00

0.95