62 GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele

01/2007 (12)

geoinżynieria

geoinżynieria

W

ostatnich latach obserwujemy duże zapotrzebowa-
nie na wykonawstwo specjalistycznych posadowień
pośrednich. Szerokie zastosowanie fundamentów

palowych związane jest przede wszystkim z koniecznością za-
gospodarowywania tzw. nieużytków budowlanych. Są to tereny
pomijane inwestycyjnie w latach minionych głównie z powodu
niekorzystnych uwarunkowań hydrogeologicznych. Silna kon-
kurencja na rynku specjalistycznych usług budowlanych oraz
rozwój nowych wydajnych technologii spowodowały, że wy-
konawstwo pali stało się relatywnie znacznie mniej kosztow-
ne. Zjawisko to obaliło tradycyjnie istniejące w tym względzie
mity i uprzedzenia inwestorów i projektantów. Podejmując
konkretne decyzje inwestycyjne, należy w znacznie większym
stopniu uwzględniać uwarunkowania geologiczne i doceniać
ważność należytego rozpoznania terenu w tym względzie. Przy
wstępnych analizach ekonomicznych nie wolno sugerować się
funkcjonującymi stereotypami lub mocą przekonywania po-
tencjalnych wykonawców robót. Uniwersalne, najlepsze pale
i technologie – nie istnieją. Każdy konkretny przypadek posa-
dowienia, na na palach w szczególności, jest przypadkiem uni-
katowym i tak powinien być traktowany, zwłaszcza w sytuacji
realnie zmiennych uwarunkowań geologicznych.

Podstawowa klasyfikacja geoinżynieryjnych me-
tod modyfikujących właściwości fizyko-mecha-
niczne gruntów:

W tab. 1 podano uniwersalną klasyfikację przedmiotową. Już

pobieżny wgląd daje obraz tego, jak wiele środków technologicz-
nych możliwych jest do konstrukcyjno-inżynieryjnego wykorzy-
stania przez projektanta. I mimo znacznego rozwoju technik obli-
czeniowych, prawidłowe posadowienie obiektu jest nadal sprawą
złożoną i wymagającą odpowiedniego doświadczenia. Tę złożoną
klasyfikację wg mojego osądu można zastąpić najbardziej uprosz-
czoną z punktu widzenia technik analizy i obliczeń:
I. NATURALNE ULEPSZENIE PODŁOŻY BUDOWLANYCH
II. INŻYNIERYJNE WZMOCNIENIE PODŁOŻY BUDOWLANYCH

Do pierwszej grupy można zaliczyć wszelkie technolo-

gie, ulepszające podłoże bez zmiany jego naturalnej struktury
w stopniu zmieniającym możliwość naturalnej redystrybucji na-
prężeń dodatkowych od posadawianej konstrukcji, tj. zastosowa-
nie wszelkich procesów zagęszczania, wymiany, prekonsolidacji,
geosyntetyki itp. Takie technologie pozwalają na uznanie zmie-
nionych podłoży jako naturalnych, zaś obliczeniowo – traktowa-
nie ich jako zmodyfikowanych posadowień bezpośrednich.

Do drugiej grupy należą wszelkie technologie związane

ze zbrojeniem gruntu i jego całkowitą lub punktowym zeskale-
niem (pale, iniekcje, metody chemiczne i fizykochemiczne, sto-
sowanie wszelkich spoiw), obliczeniowo traktowane jak kom-
pozyt ze zróżnicowanym sposobem redystrybucji naprężeń
dodatkowych.

Kolumny żwirowe,

pale zagęszczające

formowane metodą Franki

geoinżynieria

geoinżynieria

63

GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele

01/2007 (12)

Kolumny żwirowe i kamienne

Wyróżnione powyżej prace można wykonywać z zastosowa-

niem wielu odmiennych merytorycznie technologii. Są to ko-
lumny wykonywane technikami wibracyjnymi (wibroflotacja,
głowice wibracyjne z zastosowaniem sprężonego powietrza),
pale wiercone z wypełnieniem odwiertów wapnem niegaszo-
nym, jak i pale formowane metodą dynamiczną (żwirowo-
-piaskowe pale Franki). Kolumny wykonywane technikami
wibracyjnymi mają wiele zalet, z których najważniejszą jest
relatywnie wysoka wydajność. Wibroflot z głowicą wibracyjną
jest stopniowo opuszczany na żądaną głębokość, a sam proces
wspomagany jest strumieniem wody lub powietrza pod dużym
ciśnieniem. Następnie przy pomocy zasypnika śluzowego po-
dawane są kolejne porcje kruszywa. Wibroflot ruchami posu-
wisto-zwrotnymi zostaje wyciągnięty, po drodze wbudowując
i zagęszczając materiał kamienny. Uzyskana średnica trzo-
nu jest tym większa, im słabszy grunt otacza wibroflot. Pod-
stawowym przeciwwskazaniem dla wykonania wibroflotacji,
czy w ogóle stosowania technik wibracyjnych jest obecność
słabych gruntów wrażliwych strukturalnie i nasyconych
wodą (grunty pylaste, namuły, aluwia). Całkowite narusze-
nie ich struktury naturalnej (upłynnienie) nie zawsze rekom-
pensowane jest wytrzymałością wbudowanego kruszywa,
co powoduje, że efekt metody może być mniejszy od ocze-
kiwanego. Zaletą pali wypełnionych wapnem niegaszonym
jest skuteczne osuszenie i wzmocnienie stwardniałego grun-
tu (proces hydratacji i egzotermiczny w czasie wiązania oraz
2–3,5 krotne powiększenie objętości własnej, rozpierające do-
datkowo otoczenie gruntowe). Wadą metody jest relatywnie ni-
ska wytrzymałość kolumn – szczególnie na siły poziome. Pale
wapienne nie pracują na ścinanie.

W świetle klasyfikacji ogólnej (tab. 1) żwirowo-piaskowe prze-

mieszczeniowe pale Franki można zakwalifikować w systematy-
ce jako naturalnie ulepszające podłoże gruntowe przy pomocy
mechanicznej głębokiej dynamicznej wymiany gruntu metodą

impulsową z jednoczesnym (podstawowym lub uzupełniającym)
spełnianiem funkcji drenażu pionowego (konsolidacyjnego).

Technologia Franki

Pale Franki wykonywane są zgodnie z jedną z najstarszych

znanych i uznanych technologii pali formowanych w gruncie od
lat 30. ubiegłego wieku. Istnieje wiele modyfikacji różniących się
tak sposobem wykonania, jak i stosowanym materiałem wypeł-
niającym, m.in. żelbetowe, betonowe, żwirowe, piaskowe.

Są to pale formowane metodą dynamiczną w grubościen-

nych stalowych odzyskiwanych rurach obsadowych. Pozwalają
w jednym cyklu technologicznym na wykonanie szeregu róż-
nych zadań: pali żelbetowych (w tym szczególnie efektywne
dla konstrukcji wyrywanych, np. słupy elektro-energetyczne
i maszty stalowe), pali żwirowych i żwirowo-piaskowych (głę-
boka wymiana i ulepszenie podłoża gruntowego) oraz na od-
wodnienie terenu (dreny pionowe żwirowe, w tym osłonie
przeciw kolmatacyjnej z włókniny geotechnicznej oraz tradycyj-
ne studnie odwodnieniowe).

Cechy wykonawstwa
Poniżej przedstawiono uwarunkowania metody podstawowej

z wykorzystaniem mieszanki żwirowo-piaskowej. Do elemen-
tarnych czynności roboczych należą:
– najazd kafara na wyznaczony geodezyjnie punkt i centrowa-

nie rury obsadowej;

– wykonanie na dnie rury suchego żwirowego (lub żwirowo-

-cementowego) korka o wysokości ok. 2. średnic rury, wstęp-
ne zagęszczenie lekkimi udarami młota;

– zagłębianie rury obsadowej swobodnie spadającym wewnątrz

niej młotem, uderzającym w korek do momentu uzyskania
wymaganego zagłębienia;

– pomiar standardowego wpędu końcowego „e” (przemieszcze-

nie rury pod wpływem 1. uderzenia młota z wysokości 1 m)

– podwieszenie rury obsadowej do wieży kafara;

lekkie wype
nienie; m ieszanie gruntu ze spoiwam i)
(kolum ny-pale wirowe, kam ienne betonowe, cem entowo-

wapienne; wg
bne m ieszanie gruntu)

(nisko- i wysokocinieniowa strum ieniowa)

( przepuszczalne i nie przepuszczalne)

GBOKIE

PREKONSOLIDACJA O
RODKA GRUNTOWEGO

5

DRENY

ELEKTROOSMOZA

ODW ODNIENIE

4

GEOSYNTETYKI

ZBROJENIE O
RODKA GRUNTOWEGO

2

GBOKA W YMIANA

USZCZELNIENIE I WZMOCNIENIE GRUNTU

3

MECHANICZNE

CHEMICZNE

FIZYKOCHEMICZNE

WYMIANA GRUNTU

WIBROW YMIANA

PYTKA W YMIANA

1

METODY W IBRACYJNE

METODY IMPULSOW E

DYNAMICZNE ZAGSZCZANIE GRUNTÓW

MIKROPALE

KOTW Y (INIEKCJA)

(kotwy, pale, gwodzie, zagszczanie g
bokie)

INIEKCJA

ZBROJEN IE SZKIELETOWE

ZBROJENIE

,,PRTOW E''

CIKIE UBIJANIE

PALE PIASKOWO WIROWE

MIKROW YBUCHY

PALE

(poduszki piaskowe i wirowe; wbijanie t
ucznia;

W STPNE

BALASTOW ANIE

(poziom e i pionowe; m .in. pale piaskowe i wirowe)

Tab. 1. Geoinżynieryjne metody modyfikujące właściwości fizyko-mechaniczne gruntów

64 GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele

01/2007 (12)

geoinżynieria

geoinżynieria

– wybijanie korka i stopniowe formowanie powiększonej „bazy”;
– stopniowe (porcjami) zasypywanie rury kruszywem, formo-

wanie trzonu pala lekkim pobijaniem młota z jednoczesnym
podciąganiem rury.
Uwaga: W przypadku wykonania pali do powierzchni terenu

ze względów technologicznych górna (głowicowa) część (do ok.
50 cm p.p.t.) jest rozgęszczona. Dlatego obligatoryjnym zbiegiem
wykańczającym prace jest dogęszczenie powierzchniowe z zasto-
sowaniem średniej lub ciężkiej zagęszczarki płytowej lub walca
wibracyjnego. Stopa pala powinna być zagłębiona na ok. 50 cm
w warstwie nośnej, co ustala się przy pomocy pomiaru wpędów.
Po analizie parametrów II stanu granicznego (osiadania) możliwe
jest uzasadnione obliczeniowo wykonanie pali krótszych i opar-
tych w warstwie częściowo nośnej, tzw. pali „wiszących”.

Podstawowe wady i zalety

Oprócz uniwersalności zastosowań, do podstawowych zalet

należą m.in.:

– możliwość bieżącej dynamicznej kontroli nośności (pomiar

wpędów), co pozwala na wykonawstwo robót w słabo rozpo-
znanym podłożu oraz szybką efektywną korektę długości pali
w przypadku wystąpienia lokalnych anomalii geologicznych;

– możliwość wykonania pali z tzw. pustym przebiciem do dowol-

nej głębokości, co pozwala na późniejsze jednoetapowe wyko-
nanie wykopu zasadniczego bezpośrednio z rzędnej terenu;

– duża efektywność ekonomiczna (m.in. korzystny dla uzyska-

nej nośności wpływ poszerzonej „bazy” pali oraz skuteczne
dogęszczanie w trakcie robót otoczenia gruntowego – do ok.
1,5 średnicy pala);

– mała wrażliwość na przeszkody naturalne (kamienie, stare

fundamenty itp.);

– wysoka jakość robót związana z możliwością dobrego bieżą-

cego monitoringu wielu parametrów wykonawczych.

Podstawowe wady:
– ograniczona uciążliwość dla otoczenia, chociaż – jak po-

twierdziły to wielokrotne pomiary sejsmo-dynamiczne – bez
praktycznego zagrożenia obiektów budowlanych (zanikające
z odległością drgania mają charakter impulsowy nie harmo-
niczny i są doskonale znoszone przez obiekty budowlane);

– ograniczone zastosowanie pali konstrukcyjnych i żwirowych

w przypadku zalegania w podłożu wielometrowych warstw
gruntów skrajnie słabych, płynnych (IL>0.75), np. słabo roz-
łożonych torfów, namułów, gytii i innych spoistych nawod-
nionych gruntów pylastych;

– stosunkowo niska wydajność jednostkowa: jej zwiększenie

związane jest z koniecznością zastosowania większej ilości
maszyn (kafarów).

Zakres przydatności metody w aspekcie pali żwirowych

i żwirowo-piaskowych

Uwzględniając uwarunkowania technologiczne, żwirowe pale

Franki są technologią uniwersalną. Za optymalny można uznać
następujący zakres zastosowania:
– luźne grunty niespoiste lub mało spoiste;
– wszelkiego rodzaju nasypy niebudowlane o zróżnicowanym

pochodzeniu i składzie, w tym z nierozpoznanymi przeszko-
dami (resztki betonu, stare fundamenty, gruz itp.);
W nasypach w procesie technologicznym uzyskujemy, nie-

kiedy znaczące, dodatkowe ulepszenie przestrzeni między
palami – osiągamy więc efekt nie tylko głębinowej punktowej
wymiany gruntu, ale i istotnego ulepszenia parametrów mecha-
nicznych podłoża istniejącego.
– w nieco mniejszym zakresie dotyczy to także plastycznych

i miękkoplastycznych gruntów spoistych; w tym przypadku
dodatkowe „ulepszenie” podłoża może nie być znaczące,
więc wykonane pale stanowią czystą „głęboką punktową wy-
mianę gruntu”.
Można stwierdzić, że optymalnym inżynieryjnie zakresem sto-

sowania żwirowo-piaskowych pali Franki są stosunkowo nie-
wielkie zakresy robót o wymaganej i gwarantowanej skuteczno-
ści, w szczególności: strefy przyczółkowe budowli drogowych,
ulepszenie w miejscu usytuowania lokalnych soczewek słabych
i nawodnionych gruntów o zróżnicowanej miąższości, wzmoc-
nienie (usztywnienie) jedynie lokalnie słabszej części podłoża
gruntowego pod obiektami o posadowieniu bezpośrednim,
m.in. wzmocnienie stref dylatacyjnych, obciążonych ponad
standardowo fragmentów płyt i oczepów, np. pod klatki scho-
dowe, szyby windowe itp.).

Omówione powyżej pale można stosować tak w budownic-

twie ogólnym (pod płytami i ławami fundamentowymi), jak
i drogowo-mostowym. W pierwszym przypadku stosujemy ra-
czej pale krótkie (3–4 m) w niewielkich rozstawach osiowych
(r =160–170 cm), w drugim podstawą są uwarunkowania eko-
nomiczne i harmonogramy robót. Oczekując znacząco szyb-
szego efektu niewielkie i szybko stabilizujące się osiadania
przyjmujemy rozstawy r = 160–180 cm. W przeciwnym – do
r = 200 cm. Powyższe decyzje wpływają bezpośrednio na po-
ziom kosztów, powinny być więc racjonalnie rozważone. Na-
leży zwrócić uwagę, że nadmierne zagęszczenie wykonanych
pali nie prowadzi do znacząco lepszych efektów zagęszcze-
nia, gdyż często nadmiar energii wewnętrznej, skumulowanej
w masywie gruntowym, ujawnia się wypiętrzeniem terenu
o kilkanaście– kilkadziesiąt centymetrów. Zbyt rzadkie rozstawy
zmniejszają efektywność zagęszczenia i ulepszenia. Uniwersal-
ną pozostaje drenująca funkcja pali, dzięki której nawet jeżeli
osiadania nasypów są większe, niż wstępne oczekiwania, to
stabilizują się w okresie niewiele dłuższym od zakończenia for-
mowania tych nasypów.

Materiał

Do wykonania żwirowo-piaskowych pali Franki nadają się

w zasadzie wszelkie grunty niespoiste. Jednak maksymalne
efekty osiągane są, gdy stosuje się kruszywo różnoziarniste
i mało zapylone (zaglinione), które ogólnie można zakwalifiko-
wać jako pospółka. Ekonomicznie optymalnym jest stosowanie
kruszywa pozyskiwanego bezpośrednio w pobliskich żwirow-
niach (bez dodatkowego uzdatniania). Dopuszczalna krzywa
przesiewu (rys.1) wydaje się bardzo tolerancyjna, a stworzo-

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01

0,1

1

10

100

rednica ziarna "d" [mm]

P

rze

c

h

o

d

zi

p

rze

z s

ito

[%

]

Rys. 1. Zalecane (optymalne i graniczne) krzywe uziarnienia dla kruszyw
stabilizowanych mechanicznie

geoinżynieria

geoinżynieria

65

GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele

01/2007 (12)

na została na bazie doświadczeń wykonawczych. Odpowia-
da ogólnie parametrom normowym jak dla podbudowy drogi
z kruszyw stabilizowanych mechanicznie.

Podstawowe wymogi parametryczne:

1. Uziarnienie: 0–40 mm
2. Wskaźnik piaskowy: WP

≥ 35

3. Wskaźnik różnoziarnistości (niejednorodności uziarnienia):
U

≥ 5, gdzie U = d

60

/d

10

(d

60

i d

10

– średnica zastępcza ziarna

poniżej której w gruncie zawarte jest (masowo) odpowiednio
60% i 10% – odczytujemy z krzywej przesiewu
4. Zawartość ziarn mniejszych niż 0,075 mm od 2 do 10%
5. Zawartość części organicznych nie większa niż 1%

Uwaga: W przypadku braku naturalnych kruszyw o odpo-

wiednim składzie ziarnowym nie jest niezbędne ich frakcjo-
nowanie i mieszanie mechaniczne. Ponieważ materiał ten jest
zasypywany do pojemnika podawczego ręcznie, wystarczy
miksowanie w trakcie napełniania pojemnika odpowiedniej
proporcji kruszywa kwalifikowanego (płukanego) z piaskiem,
t.j. wykonanie tej czynności jako zabiegu technologicznego bez-
pośrednio na placu budowy.

Badania, kontrola, wymagania odbiorcze

Kontroli i stosownym badaniom podlegają tak używane

materiały (kruszywa), jak i wykonane kolumny (pale). Do-
starczane kruszywo podlega każdorazowo kontroli wstępnej
(wizualnej), która pozwala na stwierdzenie składu granulo-
metrycznego, zabarwienia, stopnia zapylenia w aspekcie
ujawnienia ew. odchyleń w stosunku do innych dostaw. Na
uzgodnionych zasadach są systematycznie pobierane próbki
kruszywa (3–5 kg) do wykonania podstawowych badań labo-
ratoryjnych (krzywe przesiewu, analiza pyłowa) oraz próbki
„rozjemcze”, przechowywane dla celów ew. badań dodatko-
wych. Próbki powinny być starannie, jednoznacznie opisane
i zabezpieczone na czas przechowywania i transportu do labo-
ratorium budowlanego.

Przegląd podstawowych metod badań w zastosowaniu

do środowiska gruntowego:

Grunty spoiste: CPT, SS, DP, SPT lub SR oraz pobieranie pró-

bek (ocena makroskopowa, badania laboratoryjne) PS, OS
CS, FYT, PMT, GUC, PIL, DMT lub PMT, GW;

Grunty niespoiste: CPT, DP lub SPT oraz pobieranie próbek

PS, OS, AS, PMT, DMT, GW, PIL, TP, PLT;

Pomiary zwierciadła wody gruntowej;

Geodezyjne kontrolne pomiary polowe, m.in. kontrolowanie

osiadań (repery powierzchniowe, głębinowe, inklinometry).
Gdzie: SR, SS – sondowania bezpośrednie
CPT(U) – sondowania statyczne
DP – sondowania dynamiczne, w szczególności: DPL – sonda

lekka (10 kg), DPM – sonda średnia (30 kg), DPH – sonda cięż-
ka (50 kg) i DPSH – sonda bardzo ciężka (63,5 kg)

SPT

– sondowania sondą SPT

PMT – badania presjometryczne
DMT – badanie dylatometrem gruntów
FYT

– badanie sondą obrotową

PLT

– próbne obciążenie płytą

SE

– badania sejsmiczne

PS

– próbka NNS o nienaruszonej strukturze

CS

– próbka rdzeniowa

AS

– próbka ze świdra spiralnego

OS

– próbnik otwarty

TP

– próbka z wykopu otwartego (odkrywki badawczej)

Uwaga: W związku z naturalnym rozrzutem punktów do-

świadczalnych przy wszelkiego rodzaju badaniach, a sondowa-

niach gruntu „in situ” w szczególności, oczywistym jest wyko-
rzystanie przy analizie wyników uwarunkowań statystycznych.
Kuriozalnym jest np. przypadek z własnej praktyki budowlanej
piszącego negowanie przez Inspektora Nadzoru prawidłowego
ulepszenia całego podłoża na podstawie kilku jednostkowych
(i to „w przelocie”) niezadowalających wyników lokalnych.

Za szczególnie przydatne do badań jakości wykonania ko-

lumn i pali żwirowych można uznać wszelkie sondowania
i badania in situ. Należy jednak mieć na uwadze, że interpre-
tacja wyników wymaga dużego doświadczenia i powinna być
powierzona osobom posiadającym odpowiednią praktykę za-
wodową. Chodzi tu o umiejętne uwzględnienie wpływu tarcia
gruntu o żerdzie, głębokości „krytycznej”, wpływu wody grun-
towej na liczbę uderzeń oraz empirycznych krzywych cechowa-
nia (skalowania) wyników badania. Dobierając metodę, należy
pamiętać, że o ile w przypadku kontroli wykonanych kolumn
(pali) bardziej przydatne są sondy ciężkie, o tyle dla spraw-
dzenia zmian (stopnia ulepszenia) słabych stref pomiędzy pa-
lami – wyłącznie sondy lekkie lub średnie. Istniejące metodyki
pozwalają na stosunkowo dobrą ilościowo i jakościowo ocenę
podłoży niespoistych i mało spoistych.

W przypadku gruntów spoistych i nawodnionych możliwa

jest wiarygodna jedynie ocena jakościowa. Zazwyczaj jest ona
wystarczająca i na podstawie analizy porównawczej wyników
badań przed i po procesie ulepszenia przy pomocy kolumn
(pali) żwirowych pozwala na ocenę efektywności (lub stwier-
dzenie jej braku) w przestrzeniach pomiędzy palami. Wszel-
kie w/w prace kontrolne powinny być ujęte w Specyfikacjach
Technicznych w postaci Programu Obsługi Jakościowej. Brak
takiego dokumentu i skrupulatnego przestrzegania zasad
w nim zawartych zazwyczaj źle rokuje przy czynnościach od-
bioru końcowego. Wtedy właśnie psuje się, niekiedy dobra
do tej pory, współpraca wszystkich służb nadzorujących (Inwe-
stor, Projektant, Generalny Wykonawca, Wykonawca).

Monitorowanie

Wszelkie metody punktowej wymiany (ulepszenia) podłoża

gruntowego dają dobrą możliwość bieżącego monitoringu pa-
rametrów ich wykonania. W szczególności: rzędnej zagłębienia
stopy, jakości poszczególnych warstw gruntu oraz jednoznacz-
nego ujawnienia warstwy nośnej (w przypadku pali Franki –
pomiar wpędów, w innych technologiach – postęp zagłębianej
rury (żerdzi) i oporów przy pogrążaniu, ilości zużytego kru-
szywa, geodezyjnego pomiaru ew. podniesienia powierzchni
roboczej (terenu lub wykopu) oraz bieżącego sondowania kon-
trolnego w przypadku wątpliwości dotyczących jakości wyko-
nywanych robót. Wszelkie prace palowe są robotami docelowo
zakrytymi, więc niezbędne jest sporządzanie na bieżąco doku-
mentacji powykonawczej (metryk pali).

66 GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele

01/2007 (12)

geoinżynieria

geoinżynieria

Uwarunkowania i zalecenia technologiczne

1. Ze względów technologicznych (rozgęszczenie w strefie gło-
wicowej do ok. 50 cm p.p.t) zaleca się w sposób zdecydowany
wykonawstwo pali z poziomu o min. 50 cm wyższego, niż prze-
widywane rzędne głowic. Najlepiej po wykonaniu w strefie ro-
bót 30–50 cm materaca z gruntu niespoistego, która to warstwa
odcinająco-wyrównawcza i tak jest technologicznie niezbędna.
Dzięki temu kafary, przemieszczając się w dogodnych warun-
kach realizacyjnych i nie „tonąc” w błocie, doskonale w trakcie
robót tę warstwę zagęszczają. Po zakończeniu prac palowych
niezbędne jest przestrzenne wyrównanie zagęszczenia przez
zastosowanie na całej powierzchni robót ciężkiej zagęszczarki
płytowej lub walca wibracyjnego.
2. Uwzględniając doświadczenia wykonawcze, można przy-
jąć, że stopień zagęszczenia trzonu pala żwirowo-piaskowego,
wykonanego w gruntach skrajnie słabych (torfy, namuły, gytie
plastyczne i miękkoplastyczne) wyniesie 0,6

≤ I

D

≤ 0,7. W po-

zostałych gruntach 0,7

≤ I

D

≤ 0,85. Uwaga: W rzędach skrajnych

(zewnętrznych) powyższe parametry mogą być w sposób do-
puszczalny nieco niższe, lecz nie mniej, niż I

D

≥ 0,60 (lokalnie

i jednostkowo I

D

≥ 0,50)

3. Istotną jest kolejność wykonywanych pali. Nie należy wyko-
nywać ich jednolitym frontem, gdyż wtedy „wypychamy” efekt
ulepszenia i zagęszczenia na zewnątrz. Zaleca się wykonywanie
pali od zewnątrz wzmacnianego obszaru do środka, co drugi,
z nieco późniejszym wykonaniem pozostałych pali, tj. w otocze-
niu już istniejących.
4. Pale należy wykonywać w siatce trójkątów równobocznych
o wyliczonym (przyjętym) rozstawie osiowym „r”. Powyższe
działanie gwarantuje osiągnięcie maksymalnej efektywności ro-
bót, tj. w miarę równomierne ulepszenie podłoża. Często spoty-
kane przyjęcie siatki w układzie kwadratu nie jest rozwiązaniem
poprawnym.
5. Tolerancje odchyłek wykonania pali:
– usytuowanie w planie = 50 mm (lokalnie i jednostkowo

do 100 mm)

– średnica pala „in +”– bez ograniczeń; „in -” – 2 cm

Zasady projektowania

Uwzględniając fakt, że wykonanie pali żwirowych jest

w sensie merytorycznym traktowane jako zabieg technologiczny,
brak jest ścisłej metodyki obliczeń oraz uwarunkowań normo-
wych. W zależności od budowy hydro-geologicznej, głębokości
zalegania warstw słabych oraz oczekiwanego efektu końcowe-
go zastosowane metody obliczeniowe będą różne. Podstawo-
wym kryterium analizy są uwarunkowania geologiczne. Jeśli
w podłożu zalegają grunty niespoiste w stanie luźnym, może-
my oczekiwać ulepszenia nie tylko poprzez wykonanie pali,
ale i w ich otoczeniu. W wyniku rozporu bocznego oraz zja-
wisk dynamicznych wokół pogrążanej zamkniętej dołem rury
obsadowej podłoże z gruntu niespoistego ulega zagęszczeniu
bezpośredniemu oraz pośredniemu (samozagęszczeniu). Po-
dobny, chociaż mniej spektakularny efekt osiągamy w gruntach
spoistych twardoplastycznych, lekko i średnio plastycznych.
W przypadku bardzo słabych, nasyconych wodą gruntów spo-
istych, organicznych, namułów lub torfów osiągamy wyłącznie
efekt punktowej głębinowej wymiany gruntu. W tym przypadku
pale pełnią dodatkowo pożyteczną rolę drenażu pionowego,
w bardzo istotny sposób przyspieszającego procesy konsolida-
cji podłoża pod obciążeniem. Rozsądnym projektowo wydaje
się więc traktowanie ulepszonego podłoża gruntowego jako
zmienionego zastępczego w stosunku do stanu pierwotnego
i traktowanie posadowienia jako bezpośredniego. Wtedy kwe-

stią zasadniczą staje się przede wszystkim ustalenie nowych, zin-
tegrowanych i uśrednionych parametrów fizyko-mechanicznych
ulepszonego podłoża. Ponieważ w większości przypadków
w obiektach posadawianych na ulepszonym podłożu dominują
osiowe siły ściskające (płyty żelbetowe, szerokie ławy nasypy
itp.) podstawowym parametrem może być moduł ściśliwości
ogólnej „M

o

”. W przelocie każdej warstwy gruntowej można

go statystycznie uśrednić, uwzględniając stosunek powierzchni
wykonanych pali do powierzchni między palowej. W przypad-
ku gruntów ulegających ulepszeniu (samozagęszczeniu) można
wykorzystać nowe wartości modułów (pozyskane z badań lub
sondowań kontrolnych). Dla gruntów bardzo słabych (głęboka
wymiana gruntu) należy przyjąć moduły pierwotne, tj. w stanie
niezmienionym. Obliczenia konsolidacyjne powinny uwzględ-
niać fakt znacznie skróconej drogi filtracji – pale żwirowe stano-
wią skuteczny drenaż pionowy.

Powyższe uwagi dotyczą wszelkich sposobów naturalnego

ulepszenia podłoża, tj. przypadku możliwej normalnej redystry-
bucji naprężeń dodatkowych. W przypadku stosowania jakich-
kolwiek spoiw cementujących obowiązkowe jest obliczeniowe
sprawdzenie wytrzymałości podłoża zastępczego w poziomie
podstawy ulepszenia z uwzględnieniem ciężaru własnego sce-
mentowanych (scalonych) warstw gruntowych.

Praktyka wykonawcza sugeruje konieczność doświadczalnego

sprawdzenia wszelkich tego typu obliczeń, gdyż mają one co
najwyżej charakter szacunkowy. Dlatego zdecydowanie zaleca
się, po wstępnym wyborze koncepcji i technologii robót, wy-
konanie na tym etapie „poletka doświadczalnego”. Przyjmując
na wykonywanych próbnie kilkunastu palach różne rozstawy
osiowe, tworzymy modelowo ulepszone podłoże w skali mikro.
Po wykonaniu badań kontrolnych (sondowania) możliwe jest
sprawne wprowadzenie do projektu wykonawczego stosownych
korekt (tak na plus, jak i na minus). Przy okazji sprawdzamy re-
alną wydajność przyjętej technologii, ustalamy faktycznie wyma-
gane zagłębienie (długość trzonów) itp. W skrajnym przypadku
możemy nawet uznać przyjętą metodę za nieskuteczną w danych
warunkach gruntowych i wycofać ją, ponosząc tylko minimalne
koszty i chroniąc się przed niepożądanymi konsekwencjami.

Przykład stosowania żwirowo-piaskowych pali
Franki D = 520 mm

Obiekt
Wysokie (do h = 9,50 m + 1,5 m tymczasowy balast przeciąża-

jący) nasypy w strefach przyczółkowych wiaduktu drogowego
nad torami PKP w Bogaczewie na trasie krajowej nr 7 Gdańsk
– Warszawa.

Budowa geologiczna:
Ogólnie trudna i zróżnicowana. W lokalnie najgorszej niec-

ce: piasek pylasty luźny I

D

≤ 0,4 lub glina piaszczysta miękko-

geoinżynieria

geoinżynieria

67

GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele

01/2007 (12)

plastyczna I

L

≥ 0,6 do głębokości 1,5 m, poniżej nawodnione

grunty zastoiskowe i organiczne- namuły miękkoplastyczne
I

L

≥ 0,7 do głęb. 3-4 m, torfy dobrze rozłożone lokalnie

do głęb. 5,0 m podścielone piaskami drobnymi średnio zagęsz-
czonymi I

D

≥ 0,6.

Cel robót specjalistycznych: ulepszenie podłoża grunto-

wego w stopniu umożliwiającym wykonanie, uformowanie
i długoletnią bezawaryjną eksploatację nasypów.

Próba techniczna
Wobec wielu niewiadomych wydzielono poletko doświad-

czalne i wykonano na etapie wstępnym 15 szt. pali o średni-
cy nominalnej D = 508 mm. Pale rozmieszczono w różnych
rozstawach w siatce trójkątnej. Kontrolowano stan podłoża
przed rozpoczęciem robót (sondowania DPM – 30 kg oraz
pomiar poziomu wód gruntowych), zagłębienie pali i uzyski-
wane wpędy, jakość kruszywa (analizy sitowe i pyłowe) oraz
zużycie jednostkowe kruszywa (efektywność wymiany grun-
tu). Po okresie podstawowego rozpraszania się nadciśnień
porowych w gruncie (7–14 dni) przeprowadzono kontrolne
sondowania dynamiczne, zarówno w osi wykonanych pali,
jak i w przestrzeniach pomiędzy nimi. Do ciekawszych spo-
strzeżeń należą:
– nadmierne zagęszczenie siatki pali prowadzi do skutków

odwrotnych niż zamierzone, w tym: rozgęszczenie (uszko-
dzenie) pali już wykonanych przy wykonawstwie pali na-
stępnych, brak możliwości przyjęcia przez podłoże dodat-
kowych porcji kruszywa, skutkujące wypieraniem gruntu w
górę (lokalne kopułkowate podniesienie terenu o 30–50 cm)
wraz z wyporem nadmiaru wody gruntowej na powierzch-
nię- w efekcie pogorszenie parametrów podłoża do głębo-
kości 100–150 cm p.p.t.;

– zbyt duży rozstaw zmniejszał efektywność ogólnego zagęsz-

czenia i praca pali byłaby drenażem pionowym, znacznie
przyspieszającym konsolidację pod obciążeniem, jednak bez
wyraźnego skutku w zakresie ograniczenia wielkości osiadań
końcowych (np. analogiczne pale w osłonach z włókniny
w siatce od 4,5 do 7,5 m pod nasypy Południowego Obej-
ścia Krakowa A-4 umożliwiły pełną stabilizację osiadań
w okresie 3. miesięcy przy ich wielkości rzędu 315 mm);

– w wyniku przemieszczania i pracy kafarów powierzchnio-

wo teren uległ dewastacji w stopniu obligującym do póź-
niejszego usunięcia błota i muld.

Przyjęte wnioski realizacyjne:

– uwzględniając uwarunkowania (duży obszar i wiotkie ob-

ciążenie nasypem), postanowiono przyjąć jako podstawę
końcowych prac projektowych integralne potraktowanie
ulepszonego podłoża, tj. przyjęcie go jako naturalnego, bez-
pośredniego, o ulepszonych ogólnie i statystycznie oznaczo-
nych parametrach nośności;

– wybrano optymalny w danym przypadku rozstaw pali

z rozmieszczeniem ich w siatce trójkątów równobocznych
(rozgęszczenie w stosunku do pierwotnych założeń pro-
jektowych o 20%);

– stwierdzono, że faktyczna średnica uformowanego pala

D

≥ 62 cm (+20%);

– określono, że dla trzonu pala pojedynczego w zależności od

otoczenia gruntowego osiągnięto zagęszczenie 0,50

≤ I

D

≤ 0,75,

w przypadku grupy pali 0,60

≤ I

D

≤ 0,85;

– postanowiono roboty wykonywać z powierzchni terenu

po wykonaniu na niej podsypki żwirowo-piaskowej o gru-

bości 50 cm (w trakcie palowania została ona skutecznie
zagęszczona gąsienicami kafarów);

– dla znacznego przyspieszenia procesu wtórnej konsolidacji

(napięte harmonogramy robót) przyjęto wykonanie w strefie
przyczółkowej nasypów przeciążających h = 1,5 m oraz pro-
wadzenie systematycznych obserwacji geodezyjnych w new-
ralgicznych punktach kontrolnych (repery powierzchniowe
i głębinowe);

– stworzono jednoznaczny dla wszystkich stron (biuro pro-

jektów, nadzór inwestorski i geotechniczny, wykonawca
robót, dostawca kruszywa, geodeci) system bieżącej i koń-
cowej kontroli jakości oraz odbioru robót;

– przyjęto procedury interwencyjne dla przypadków niestan-

dardowych;

– zakończono i sprecyzowano ostateczne uwarunkowania

ekonomiczne.
Realizacja robót

– na bieżąco dostosowywano zagłębienie pali (kontrola wpę-

dów), gdyż lokalnie wystąpiły gniazda gruntów słabszych

0

20

40

60

80

100

120

140

160

1

10

100

log "t" [dni]

S

ma

x

[m

m

]

Rys. 2. Wykres osiadania nasypów budowlanych, Bogaczewo

68 GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele

01/2007 (12)

geoinżynieria

geoinżynieria

o zwiększonej miąższości, zaś w innych strefach pale trzeba
było skrócić (warunki korzystniejsze),

– dla zwiększenia wytrzymałości podłoża na ścinanie i wypiera-

nie boczne wzdłuż nasypu wykonano pale w zmniejszonych
rozstawach,

– w strefie bezpośrednio przylegającej do żelbetowych ścian

przyczółków i dla lepszej pracy wierconych wielkośrednico-
wych pali konstrukcyjnych (obciążonych siłami bocznymi)
wykonano po dwa rzędy pali Franki z trzonem betonowym
zamiast kolumn żwirowych,

– zakończono i sprecyzowano ostateczne uwarunkowania eko-

nomiczne.

Kontrola jakości

Jako materiał wykorzystano kontrolowaną na bieżąco (krzy-

we przesiewu) pospółkę z pobliskiej kopalni i żwirowni;
od momentu wyczerpania złoża o dobrym naturalnym uziar-
nieniu stosowano sortowaną mieszankę kruszyw naturalnych
0-16 (do 31,5) gat. 2 („pospółka gruba” wg PN-86/B-06712
z minimalnymi WP > 35 oraz U > 5).

Ogółem wykonano 60 sondowań dynamicznych (16 DPM

30 kg, 44 DPSH 63,5 kg) w trzonach pali i pomiędzy nimi oraz
2 badania sondą krzyżakową typu SL-VT (ścinanie).

Dodatkowo na styku podstaw pali z gruntami nośnymi incy-

dentalnie sprawdzano jakość stóp i podłoża z wykorzystaniem
próbnika NNS

Wnioski końcowe
1. Pierwotny stan podłoża gruntowego średnio: gliny piaszczy-

ste I

L

= 0,6-0,7, piaski pylaste I

D

= 0,4, namuły (torfy) I

L

≥ 0,7.

2. Końcowy stan podłoża pomiędzy palami średnio: gliny piasz-

czyste I

L

= 0,30 (0,20-0,40), piaski pylaste I

D

= 0,5 (0,45-0,57), na-

muły (torfy) I

L

= 0,4 (0,30-0,50); po opracowaniu statystycznym

przyjęto ulepszenie (zagęszczenie z odebraniem wody grawitacyj-
nej) przestrzeni pomiędzy palami (grunt spoisty) jako ekwiwalent-
ne wytrzymałościowo pyłom piaszczystym z I

L

= 0,20-0,25.

3. Uzyskano statystycznie średnie zagęszczenie trzonów

wykonanych pali: I

D

≥ 0,62 w strefie przypowierzchniowych

namułów (do ok. 3,0 m p.p.t.),I

D

≥ 0,72 w strefie torfów oraz

I

D

≥ 0,79 poniżej (tym jednostkowo w zależności od otoczenia

gruntowego 0,55 < I

D

< 0,85)

4. W znaczący sposób przyspieszono proces konsolidacji

podłoża pod obciążeniem (koniec konsolidacji filtracyjnej po
ok. 45 dniach) i ograniczono absolutną wielkość osiadań mak-
symalnych do ok. 137 mm (po 74 dniach). Uwaga: przedsta-
wione pomiary geodezyjne (rys. 1) prowadzono już w trakcie
formowania nasypu, więc okres umownej stabilizacji pod peł-
nym obciążeniem jest w rzeczywistości krótszy, zaś faktyczne
całkowite osiadanie nieco większe.

Ciekawe spostrzeżenia

W strefie poza wykonanymi palami (nasypy niższe, geo-

logia lepsza) obserwowano w procesie konsolidacji in-
tensywny wypływ nadmiaru wody do wzdłużnych rowów
odwadniających; zjawisko to nie wystąpiło w strefie ulep-
szonej palami.

Mimo optymalizacji projektowej teren w strefie robót podniósł

się średnio o ok. 30 cm co świadczy, że możliwa była jeszcze
drobna „oszczędnościowa” korekta w rozstawach pali tak, aby
podłoże w pełni wykorzystało wbudowywane kruszywo.

Głowice wykonanych pali ulegały technologicznemu roz-

gęszczeniu w strefie do ok. 30-50 cm p.p.t.; zalecono ogól-
ne dogęszczenie przy zastosowaniu tradycyjnej ciężkiej

zagęszczarki płytowej lub walca wibracyjnego – zabieg ten
okazał się bardzo efektywny i skutecznie poprawił uzyska-
ny poziom jakości i efektywności robót.

Koszty

Oszacowanie kosztów robót w technologii żwirowo-pia-

skowych pali Franki na stadium „teoretycznym” jest trudne.
Głównym czynnikiem kosztotwórczym jest odległość dostaw
i lokalna cena stosowanego kruszywa. Ogólnie, w stosunku
do innych metod, można je określić jako umiarkowane (śred-
nie). Zazwyczaj po ustaleniu źródeł pozyskania kruszywa
oferta cenowa potencjalnego wykonawcy jest niezwłoczna
i wiarygodna.

Uwagi ogólne

Przedstawione powyżej uwagi, zalecenia i wnioski (oprócz

uwarunkowań czystko technologicznych w zakresie pali
Franki) mają charakter uniwersalny i mogą być pomocne przy
wszelkiego rodzaju analizach projektowo-wykonawczych dla
kolumn (pali), ulepszających podłoże budowlane w sposób
naturalny.

NORMY

1. PN-81/B-03020 Grunty budowlane. Posadowienie bezpośred-
nie budowli. Obliczenia statyczne i projektowanie.
2. PN-S-02205. Roboty ziemne.
3. BN-88/8932-02 i BN-88/8930-03 Roboty ziemne.
4. PN-B-06050:1999 Geotechnika. Roboty ziemne. Wymagania
ogólne.
5. PN-S-96011 Stabilizacja gruntów wapnem dla celów drogowych
6. PN-S- 96012 Podbudowa i ulepszone podłoże z gruntu stabi-
lizowanego cementem.
7. PN-B-02481(1998) Geotechnika.
8. PN-B-02479:1998 Dokumentowanie geotechniczne.
9. PN-EN 933-1:2000 Badania geometryczne właściwości kru-
szyw. Oznaczenie składu ziarnowego. Metoda przesiewania.
10. PN-78/B-06714/34 Kruszywa mineralne. Badania. Oznacze-
nie zawartości pyłów mineralnych.
11. PN-B-11112:1996 Kruszywa mineralne – Kruszywa łamane
do nawierzchni dróg.
12. PN-B-11113:1996 Kruszywa mineralne – Kruszywa naturalne
do nawierzchni drogowych – Piasek.
13. PN-B-06721:1987 Kruszywa mineralne – Pobieranie próbek.
14. PN-EN 12699:2003 Wykonawstwo specjalnych robót geo-
technicznych. Pale przemieszczeniowe.
15. PN-B-04452:2002 Geotechnika. Badania polowe.
16. PN-S-02205 Drogi samochodowe. Roboty ziemne. Wymaga-
nia i badania.
17. PN-S-06102 Drogi samochodowe. Podbudowy z kruszyw
stabilizowanych mechanicznie.
18. PN-68/S-96031 Drogi samochodowe. Nawierzchnie żwirowe.
19. Dz.U. Nr 63 poz. 735 z 2000 r. W sprawie warunków technicz-
nych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie
i ich usytuowanie.

Referat został wygłoszony w trakcie kursu „Wzmacnianie podłoża
i fundamentów” organizowanym przez Polskie Zrzeszenie Wyko-
nawców Fundamentów Specjalnych

autor

dr inż. Krzysztof Frydrych