5. Fundamenty palowe

- rodzaje pali, charakterystyka, zależność obciążenie – osiadanie

•

pale prefabrykowane

pale o średniej i dużej nośności w gruncie i wykazujące małe osiadania

szerokie zastosowanie, szczególnie w budownictwie hydrotechnicznym

•

pale stalowe

pale wbijane z rur stalowych zamkniętych

Pale o dużej nośności w gruncie.

Zastosowanie – w gruntach niespoistych średniozagęszczonych do

zagęszczonych o ID ≤ 0.70, bardzo popularne w budownictwie
hydrotechnicznym i na otwartej wodzie.

pale wbijane (lub wwibrowywane) z rur stalowych otwartych

Pale o średniej nośności w gruncie.

Zastosowanie – w gruntach niespoistych zagęszczonych i bardzo

zagęszczonych, stosowane w budownictwie hydrotechnicznym i na
otwartej wodzie w sytuacjach potrzebnego dużego zagłębienia w
gruncie nośnym w celu utwierdzenia pala na siły poziome (np. dalby,
pomosty, nabrzeża).

•

pale wbijane „Vibro”

pale o dużej nośności w gruncie i wykazujące małe osiadania

zastosowanie – głównie w gruntach niespoistych średniozagęszczonych i

zagęszczonych o ID ≤ 0.75

•

pale wbijane „Vibrex”

pale o bardzo dużej nośności w gruncie i wykazujące bardzo małe osiadania

zastosowanie

–

głównie

w

gruntach

niespoistych

luźnych

i

średniozagęszczonych

•

pale wbijane „Franki”

pale o bardzo dużej nośności w gruncie i wykazujące bardzo małe osiadania

zastosowanie – głównie w gruntach niespoistych średniozagęszczonych i

zagęszczonych o ID ≤ 0.75

•

pale wwiercane CFA

pale o średniej i dość dobrej nośności w gruncie. Technologia bardzo szybka i

efektywna

zastosowanie – w gruntach spoistych twardoplastycznych i niespoistych

zagęszczonych w terenie zabudowanym

•

pale wkręcane „ATLAS”

pale o dość dużej nośności w gruncie. Technologia bardzo szybka i efektywna

zastosowanie – w gruntach spoistych twardoplastycznych i plastycznych oraz

w gruntach niespoistych średniozagęszczonych do zagęszczonych o ID ≤ 0.70,
w terenie zabudowanym

•

pale wkręcane „OMEGA”

pale o dość dużej nośności w gruncie. Technologia bardzo szybka i efektywna

zastosowanie – w gruntach spoistych twardoplastycznych i plastycznych oraz

w gruntach niespoistych średniozagęszczonych do zagęszczonych o ID ≤ 0.70,
w terenie zabudowanym

•

pale wkręcane „TUBEX”

pale o dużej i bardzo dużej nośności w gruncie. Technologia szybka i

efektywna

zastosowanie – w gruntach niespoistych średniozagęszczonych do

zagęszczonych o ID ≤ 0.70, w terenie zabudowanym, rzadziej w gruntach
spoistych

•

pale wielkośrednicowe

pale wiercone w rurze obsadowej

Pale o średniej i umiarkowanej nośności w gruncie i wykazujące dość

duże osiadania. Technologia powszechnie wykorzystywana do pali
wielkośrednicowych.

Zastosowanie

–

w

gruntach

spoistych

od

zwartych

do

twardoplastycznych

i

niespoistych

zagęszczonych,

w

terenie

zabudowanym

•

mikropale iniekcyjne

zastosowanie – w gruntach niespoistych średniozagęszczonych i

zagęszczonych oraz małospoistych, stosowane jako wzmocnienie istniejących
fundamentów w gęstej zabudowie lub pod niewielkie nowe obiekty

•

pale (kolumny) „Jet-grouting”

zastosowanie – praktycznie we wszystkich rodzajach gruntów, stosowane jako

wzmocnienie lub podchwycenie istniejących fundamentów w gęstej
zabudowie, np. budynków w pobliżu głębokich wykopów, rzadziej jako pale
lub kolumny pod nowe obiekty. Możliwe zbrojenie kolumn za pomocą
dwuteowników wwibrowywanych w świeży cemento-grunt

•

pale wwiercane „Starsol”

pale o średniej i dość dobrej nośności w gruncie. Technologia bardzo szybka i

efektywna

zastosowanie – w gruntach spoistych twardoplastycznych i niespoistych

zagęszczonych w terenie zabudowanym

- technologia wykonania pali

•

pale prefabrykowane

prefabrykaty palowe o długości do 15.0 m betonowane są w zakładzie

prefabrykacji i przywożone na budowę lub betonowane na budowie w
specjalnych formach. W przypadku większych długości możliwe jest
wykonywanie z odcinków łączonych o długości do 10 m

podstawy pali mogą być zaostrzone lub tępe

wbijanie za pomocą kafarów spalinowych (np. Delmag), hydraulicznych lub

wolnospadowych

•

pale stalowe

pale wbijane z rur stalowych zamkniętych

wbijanie w grunt za pomocą kafara rury stalowej z zamkniętym dnem,

wzmocnionym żebrami

wypełnienie wnętrza rury piaskiem z dodatkiem wapna i pozostawienie

niewypełnionego górnego odcinka o długości około 3.0 m

wprowadzenie zbrojenia do wnętrza rury i wypełnienie betonem

(wytrzymałość trzonu pala zapewnia rura stalowa, zbrojenie potrzebne
jest do powiązania pala z żelbetowym oczepem)

pale wbijane (lub wwibrowywane) z rur stalowych otwartych

wbijanie w grunt za pomocą kafara rury stalowej z otwartym dnem

dnem, wewnątrz rury tworzy się korek gruntowy, stopniowo
zamykający rurę

wypełnienie wnętrza rury piaskiem z dodatkiem wapna i pozostawienie

niewypełnionego górnego odcinka o długości około 3.0 m

wprowadzenie zbrojenia do wnętrza rury i wypełnienie betonem

(wytrzymałość trzonu pala zapewnia rura stalowa, zbrojenie potrzebne
jest do powiązania pala z żelbetowym oczepem)

•

pale wbijane „Vibro”

wbijanie rury stalowej ze stalowym szczelnym butem w podstawie (kafar

spalinowy lub hydrauliczny)

wprowadzenie szkieletu zbrojenia pala do suchego wnętrza rury stalowej

wypełnienie wnętrza rury betonem

wyciąganie rury za pomocą wyciągarki i wibratora, co powoduje zagęszczenie

betonu i dogęszczenie gruntu wokół pala

•

pale wbijane „Vibrex”

wbijanie rury stalowej ze stalowym szczelnym butem w podstawie (kafar

spalinowy lub hydrauliczny)

wprowadzenie szkieletu zbrojenia pala do suchego wnętrza rury stalowej

wypełnienie wnętrza rury betonem

wyciągnięcie rury na wysokość 3 ÷ 4 m za pomocą wyciągarki i wibratora

dopełnienie rury betonem i ponowne wbijanie rury kafarem (powoduje to

spęczenie dolnego odcinaka pala)

fewentualne powtórzenie poprzednich dwóch czynności

ostateczne wyciągnięcie rury za pomocą wyciągarki i wibratora

•

pale wbijane „Franki”

wbijanie rury stalowej z korkiem z suchego betonu za pomocą bijaka wolno-

spadowego

zablokowanie rury stalowej i wybicie korka z podstawy pala

wprowadzenie zbrojenia do wnętrza rury

cykliczne wypełnianie rury betonem, podciąganie rury wyciągarką i ubijanie

betonu bijakiem (beton o konsystencji wilgotnej)

•

pale wwiercane CFA

wkręcenie w grunt ciągłego świdra talerzowego z rdzeniem rurowym,

zakończonym od dołu końcówką stożkową

podłączenie do rdzenia przewodu betonowego i tłoczenie betonu pod

ciśnieniem ok. 6 atm.

otwarcie końcówki stożkowej i wydostawanie się betonu do otworu pod

świdrem, wyciąganie świdra bez obracania nim (ciśnienie betonu powinno
samo wypychać świder, jeżeli przy ciśnieniu 6 atm. świder nie wychodzi –
wyciąganie wspomaga się wyciągarką)

wyciągnięcie świdra – otwór po świdrze wypełniony mieszanką betonową

wprowadzenie do świeżej mieszanki betonowej zbrojenia za pomocą wibratora

•

pale wkręcane „ATLAS”

wkręcenie w grunt rurowej żerdzi z głowicą rozpychającą grunt i traconym

ostrzem

wprowadzenie zbrojenia pala do wnętrza żerdzi

wypełnienie wnetrza żerdzi i górnego leja zasypowego betonem

wykręcanie żerdzi i wypełnianie otworu po głowicy betonem (ruch obrotowy

żerdzi jest tak dopasowany do ruchu pionowego, aby głowica formowała w
gruncie pobocznicę pala w kształcie przypominającym gwint)

•

pale wkręcane „OMEGA”

wkręcenie w grunt rurowej żerdzi z głowicą rozpychającą grunt i traconym

ostrzem

wprowadzenie zbrojenia pala do wnętrza żerdzi (zbrojenie może być także

wprowadzane po zabetonowaniu pala do świeżej mieszanki – podobnie jak w
palach CFA).

podłączenie do żerdzi przewodu z betonem pod ciśnieniem

wykręcanie żerdzi i wypełnianie betonem otworu pod głowicą (kierunek

obrotów żerdzi jest taki sam jak przy wkręcaniu)

•

pale wkręcane „TUBEX”

wkręcenie w grunt rury stalowej z odpowiednim ostrzem przyspawanym do

rury, w czasie wkręcania pod ostrze tłoczona jest iniekcja z zaczynu
cementowego, która ułatwia pogrążanie rury, a po związaniu poprawia pracę
pobocznicy w gruncie

wprowadzenie zbrojenia pala do wnętrza rury

wypełnienie wnętrza rury betonem (wykonawstwo pala zakończone, rura

stalowa pozostaje na stałe)

•

pale wielkośrednicowe

pale wiercone w rurze obsadowej

wciskanie w grunt rury obsadowej z jednoczesnym wydobywaniem

gruntu z wnętrza i dolewaniem wody do rury (uwaga: rura powinna
wyprzedzać wiercenie, poziom wody w rurze powinien być wyższy niż
poziom wody w gruncie)

wprowadzenie zbrojenia do wnętrza rury wypełnionej wodą

wprowadzenie do wnętrza rury obsadowej rury do betonowania

podwodnego tzw. metodą „Kontraktor”

betonowanie pala z jednoczesnym podciąganiem rury obsadowej i rury

„kontraktor” (rura „kontraktor” powinna być cały czas zanurzona w
betonie na min. 1.5 m, beton od dołu wypiera wodę)

•

mikropale iniekcyjne

wkręcanie w grunt rury iniekcyjnej z końcówką wiercącą o powiększonej

średnicy i jednoczesne tłoczenie zaczynu cementowego

po dojściu do zakładanej głębokości dalsze tłoczenie zaczynu, aż do

pojawienia się go na powierzchni terenu

pozostawienie rury wypełnionej zaczynem na stałe (rura pełni rolę zbrojenia)

•

pale (kolumny) „Jet-grouting”

wprowadzanie w grunt rury iniekcyjnej (żerdzi) z tłoczeniem płuczki wodnej

lub zaczynu przez dolną dyszę

po dojściu do zakładanej głębokości zamknięcie dyszy dolnej i tłoczenie

zaczynu cementowego przez jedną lub dwie dysze boczne i powolne
podciąganie żerdzi z jednoczesnym powolnym jej obracaniem (wysokie
ciśnienie – do 600 atm. powoduje wycinanie gruntu i formowanie kolumny z
cemento-gruntu, nadmiar zaczynu wypływa na powierzchnię)

całkowite wyciagnięcie żerdzi i pozostawienie w gruncie kolumny (pala) z

cemento-gruntu, który z czasem twardnieje.

•

pale wwiercane „Starsol”

w początkowej fazie tłoczenia betonu podciągany jest tylko świder ślimakowy,

a jego końcówka jest dociskana do gruntu. Przeciwdziała to rozluźnieniu
gruntu pod podstawą, znacząco poprawiając charakterystykę obciążenie –
osiadanie

- metody wyznaczania sił w palach,

•

metody klasyczne:

o

sztywnego oczepu

w metodzie tej oczep palowy traktuje się jak nieskończenie sztywną bryłę, a

pale wyraża się w postaci prętów obustronnie przegubowych, liniowych
podpór sprężystych lub połączenia jednych i drugich. Przy takim założeniu z
obliczeń można otrzymać jedynie rozkład sił osiowych w palach, a momenty
zginające w palach otrzymuje się zerowe.

o

graficzna metoda Culmana

•

metody analityczne (tradycyjne) – obecnie uważane za przestarzałe i nie stosuje się ich

o

metoda Nokkentveda – nadbudowa sztywna, pale przegubowe

o

metoda Smorodyńskiego – nadbudowa sprężysta, pale przegubowe

o

metoda Antonowa-Mejersona – nadbudowa sprężysta, pale utwierdzone

o

metoda Schiela – nadbudowa sztywna, pale przegubowe w nadbudowie i gruncie

•

metody numeryczne :

o

metoda sprężystego oczepu na podporach sprężystych

W metodzie tej pale modeluje się podobnie jak w metodzie sztywnego oczepu,

tzn. za pomocą wahaczy lub podpór sprężystych, natomiast oczep modeluje się
o rzeczywistej sztywności. Taką metodę należy zastosować wówczas, gdy w
konstrukcji palowej oczep jest odkształcalną belką lub płytą. W praktyce
takimi konstrukcjami są np. belki poddźwigowe na palach, ruszty belkowe pod
budynki murowane, konstrukcje słupowe lub szkieletowe oraz płyty
fundamentowe na dużej liczbie pali pod zbiorniki, silosy lub inne konstrukcje
budowlane.

o

metodą współpracy pali ze sprężysto-plastycznym ośrodkiem gruntowym

W metodzie uogólnionej współpracę pala z ośrodkiem gruntowym wyraża się

za pomocą układu podpór sprężystych gęsto rozstawionych wzdłuż pobocznicy
pala i podpór sprężystych w podstawie. Wzdłuż pobocznicy umieszcza się w
węzłach podpory sprężyste prostopadłe do pobocznicy o sztywnościach kxi i
styczne do pobocznicy o sztywnościach kti. Rozstaw podpór (i węzłów), zaleca
się przyjmować co około 0.5 m. Podpory prostopadłe wyrażają reakcję gruntu
na przemieszczenia poprzeczne pali, a podpory styczne – reakcję gruntu na
przemieszczenia podłużne pali. W podstawie pala umieszcza się podporę
sprężystą osiową względem pala o sztywności Kp, prostopadłą o sztywności
Kb i podporę na obrót o sztywności Kr.

Przedstawiony model pala bardzo dokładnie odwzorowuje jego rzeczywistą

współpracę z ośrodkiem gruntowym, jednak jest bardzo żmudny w
przygotowywaniu.

o

metoda zmiennej sztywności podpór polowych

Chodzi tu o zjawisko wzajemnego oddziaływania na siebie pali pracujących w

grupie i związanego z tym zwiększonego i nierównomiernego ich osiadania.
Pale skrajne, znajdujące się na obrzeżach grupy (fundamentu) osiadają mniej, a
pale wewnątrz grupy osiadają więcej.

- obliczanie nośności pala

•

wg PN:

o

warunek SGN :

Obciążenie obliczeniowe działające wzdłuż osi pala Q

r

spełnia warunek :

Q

r

< m * M

Gdzie:

N – obliczeniowa nośność pala
m – współczynnik korekcyjny

m=0,7

- dla 1 pala

m=0,8

- dla 2 pali

m=0,9

- dla więcej niż 2 pali

o

nośność obliczeniowa pala

Pal wciskany

N

t

= N

p

. + N

s

=S

p

q

(r)

A

p

+ ∑ S

si

t

i

(r)

A

si

Pal wyciągany

N

w

= ∑ S

i

w

t

i

(r)

A

si

gdzie:
q

(r)

– obliczeniowa wytrzymałość gruntu pod podstawą pala.

t

i

(r)

- jednostkowa , obliczeniowa wytrzymałość gruntu wzdłuż pobocznicy pala

( w warstwie i)

S

p

, S

si

, S

i

w

- współczynniki technologiczne (zależne od rodzaju pala i stanu gruntu)

o

wyznaczanie wartości q

(r)

q

(r)

zależy od stanu gruntu

q

(r)

= γ

m

q

γ

m

≤0,9

ponadto dla gruntów bardzo spoistych q

(r)

=9 S

u

(r)

S

u

(r)

– Obliczeniowa wytrzymałość gruntu przy ścinaniu

intrpolacja liniowa - jeżeli h

c

< 10m i D różna od D

0

stosuje się interpolacje

liniową (zgodnie z rys. 1a z PN-83/B-02482)

o

wyznaczanie t

i

(r)

t

i

(r)

zależy od stanu gruntu

t

i

(r)

= γ

m

t

γ

m

≤ 0,9

interpolacja liniowa - stosuje się dla głębokości (miąższości warstwy)

mniejszej niż

5 m . (zgodnie z rys. 2 z PN-83/B-02482)

o

szczególne warunki gruntowe:
Dla gruntów spoistych w stanie płynnym, gruntów organicznych q=0 i t=0
(przy tarciu pozytywnym)
Wyjątek: namuły w stanie zwartym i półzwartym

o

tarcie negatywne uwzględnia się dla:

gruntów organicznych

gruntów nieskonsolidowanych

gruntów. niespoistych o I

L

≤0,2

gruntów spoistych o I

D

 0,75

dodatkowego obciążenia naziomu

T

n

= ∑ S

si

t

i

(r)

A

si

t

i

(r)

Є <5 ; 10>

•

wg EC7:

o

w toku obliczeń należy wykazać , że przekroczenie SGN jest wystarczająco

mało prawdopodobne

o

nośność graniczną pali wciskanych określa się na podstawie

:

obciążeń statycznych

wyników badań podłoża

obciążeń dynamicznych

wzorów dynamicznych (gdy został określony układ warstw podłoża)

analizy sprężystej fali odbitej(gdy został określony układ warstw

podłoża)

o

nośność graniczną pali wyciąganych określa się na podstawie:

wyników badań podłoża

próbnych obciążeń

•

obliczanie oporu pobocznicy pala

o

metoda α

f

s

= α · S

u

α = 0,25 – 1,00

o

metoda ß
f

s

= ß · σ’

vo

ß – kąt tarcia (tarcie pobocznica – grunt)

o

metoda λ
f

s

= λ(σ’

vm

+ 2 S

um

)

konstrukcje morskie

o

metoda ρ
f

s

= ρ · σ’

hc

- wykorzystanie metod „in situ” w obliczaniu nośności pali

•

w przypadku większości obiektów kategorii II i wszystkich obiektów kategorii III oprócz
typowych badań geotechnicznych (wiercenia i badania laboratoryjne próbek) wykonuje
się pomiary parametrów mechanicznych gruntów w miejscu ich zalegania za pomocą tzw.
badań „in situ”

•

zaletą tych badań jest to, że pomiar odbywa się na gruncie rodzimym, w naturalnych
warunkach stanu naprężenia i wilgotności, jaki panuje w podłożu. Pobieranie próbek, a
następnie ich obróbka w laboratorium może znacząco zmienić parametry gruntu w wyniku
odprężenia i nieuchronnego naruszenia struktury

•

do badań specjalistycznych „in situ” zalicza się:

o

sondowania dynamiczne

polegające na wbijaniu w grunt żerdzi z odpowiednią końcówką (stożek,

krzyżak lub cylinder) za pomocą bijaka opuszczanego grawitacyjnie na
podbabnik, połączony z żerdzią

w czasie wbijania mierzy się opory zagłębiania żerdzi, wyrażone liczbą

uderzeń bijaka na 10 cm lub 20 cm zagłebienia (N

10

, N

20

). Schemat sondy

wbijanej przedstawiono

rezultatem sondowania jest schodkowy wykres oporów wbijania sondy

o

sondowania statyczne

polega na statycznym zagłębianiu w grunt żerdzi o średnicy φ35.7 mm,

zaopatrzonej w stożek i tuleję cierną

prędkość wciskania wynosi około 2 cm/s

w czasie wciskania mierzy się opór gruntu pod stożkiem q

c

[MPa] oraz

opór tarcia gruntu o tuleję cierną f

s

[MPa]

pomiar może odbywać się

 w sposób cykliczny – np. co 10 lub 20 cm zagłębienia – przy

pomiarze manualnym hydraulicznym

 w sposób ciągły – przy pomiarze automatycznym (elektronicznym)

w sondowaniu CPTU dokonuje się jeszcze pomiaru ciśnienia wody w

porach gruntowych

do sondowań statycznych zalicza się

 sondę wciskaną CPT (Cone Penetration Test), lub CPTU
 sondę wkręcaną (ST)

o

badania presjometryczne

badania te wykonywane są za pomocą presjometru, skonstruowanego po

raz pierwszy przez Menarda (Francja)

presjometr składa się z trzech elastycznych komór: środkowej komory

pomiarowej i dwóch komór ochronnych – dolnej i górnej. Presjometr
umieszcza się w otworze wiertniczym na określonej głębokości i wywiera
ciśnienie poziome p na ściany otworu za pomocą komór. Komory ochronne
potrzebne są do tego, aby zapewnić tylko poziome rozszerzanie się komory
pomiarowej i stworzyć w gruncie płaski, osiowo-symetryczny stan
odkształcenia, który jest łatwiejszy w interpretacji i w opisie teoretycznym

w czasie badania mierzy się ciśnienie wody (lub innej cieczy) p w komorze

pomiarowej oraz objętość wtłaczanej wody V

o

badania dylatometryczne

badania dylatometryczne w pewnym sensie przypominają badania

presjometryczne. Dylatometr, skonstruowany przez Marchettiego (Włochy)
jest płaską końcówką, kształtem przypominającą łopatkę, przymocowaną
do żerdzi. Końcówka ta zaopatrzona jest z jednej strony w elastyczną,
okrągłą membranę. Ostro zakończoną łopatkę dylatometru wciska się w
dno otworu wiertniczego i dokonuje badania poprzez wywieranie
poziomego nacisku membraną na grunt

w czasie badania mierzy się ciśnienie p

1

, potrzebne do przemieszczenia

membrany na 1 mm

o

próbne obciążenia gruntu

wykonuje się najczęściej pod budownictwo drogowe, parkingi,

placeskładowe i mocno obciążone posadzki magazynów

badanie to polega na stopniowym zwiększaniu obciążenia na sztywną płytę

stalową ułożoną na powierzchni gruntu lub w dnie wykopu i pomiarze
osiadań tej płyty. Płyta ma kształt koła o średnicy 80 cm (powierzchnia 0.5
m

2

). Obciążenie zadaje się za pomocą siłownika hydraulicznego, górą

zapartego o konstrukcję balastową. Próbne obciążenie wykonuje się do
momentu osiągnięcia nośności granicznej podłoża gruntowego lub do
podwojenia nacisków przewidywanych na grunt w projekcie posadowienia
obiektu

badania tego typu wykonuje się w celu określenia ściśliwości i sprężystości

podłoża gruntowego oraz jego nośności, co pozwala na optymalne
zaprojektowanie posadowienia budowli (np. konstrukcji drogi)

próbne obciążenie gruntu wykonuje się również jako kontrolę jakości

wykonania nasypów drogowych

próbnymi obciążeniami można zbadać również głębsze warstwy podłoża.

Przeprowadza się je przez ułożenie płyty badawczej w dnach specjalnie
wykonanych studni. Płyta połączona jest ze sztywnym stemplem,
wyprowadzonym ponad studnię, na którym umieszcza się siłownik
hydrauliczny i do którego podłącza się czujniki do pomiaru osiadań.

- metody zwiększenia nośności pali

•

dla zwiększenia udźwigu pali stosuje się specjalne typy zakończenia (oversize)

•

poszerzyć pal na całej długości przez powtórne wprowadzenie rury w nie stwardniały

beton który wciśnięty zostaje w otaczający grunt

•

zwiększenie nośności wiązki mikropali przez wykonanie łączącej je podstawy

- obliczanie osiadań pali pojedynczych i grup palowych

•

Osiadanie pojedynczego pala:

W

o

h

p

J

*

E

*

h

Q

S

=

Q

h

– nośność charakterystyczna

H – zagłębienie pala
E

o

– moduł odkształcenia

J

W

- współczynnik wpływu osiadania

o

Metody obliczania osiadań pali pojedynczych można podzielić następująco:

przybliżone zależności, korelacje, zalecenia, metody empiryczne i

półempiryczne wykorzystujące rzeczywiste pomiary z próbnych obciążeń
statycznych

obliczenie osiadań na podstawie metod bezpośrednich z wykorzystaniem

parametrów mierzonych w badaniach in situ, badania sondami SD, SPT,
CPT, CPTU, badania presjometrem (PMT), badania dylatometrem (DMT)

metody wykorzystujące rozwiązania teorii sprężystości, bazujące na

rozwiązaniu Mindlina tzn. siła skupiona działająca wewnątrz
półprzestrzeni sprężystej

metody bazujące na wykorzystaniu funkcji transformacyjnych, określonych

w badaniach modelowych, badaniach w skali półtechnicznej, badaniach
terenowych w skali naturalnej, na podstawie pomiarów wzdłuż pobocznicy
i pod podstawą pala

metody analityczne, wykorzystujące rozwiązania teoretyczne z analizą

współpracy pal-podłoże gruntowe z zastosowaniem metody elementów
skończonych (MES), metody elementów brzegowych (MEB), oraz inne
rozwiązanie macierzowe

o

W każdym przypadku należy pamiętać o założeniach wyjściowych,
ograniczeniach i zalecanym zakresie stosowania

•

Osiadanie grup palowych:

o

praca pali w grupie w sposób jakościowy i ilościowy różni się od pracy pali
pojedynczych

o

jeżeli jeden z pali obciążony jest siłą osiową, spowoduje to również osiadania pali
sąsiednich. Gdy obciążony jest każdy pal, następuje wzajemne przenikanie i
nakładanie pól przemieszczeń oraz stref naprężeń wokół poszczególnych pali. W
wyniku tego osiadanie pali w grupie jest znacznie większe niż osiadanie pala
pojedynczego

o

wielkość osiadania poszczególnych pali ma decydujące znaczenie dla
prawidłowego zaprojektowania całej konstrukcji budowlanej. Fakt ten jest często
ignorowany w powszechnej praktyce projektowej. Należy przypomnieć, że
przemieszczenie jest oddziaływaniem, które może generować znaczne siły
przekrojowe (wewnętrzne) w układzie konstrukcyjnym obiektu budowlanego.

o

zjawisko osiadania fundamentów jest szczególnie istotne w przypadku wszystkich
dużych fundamentów. Fundamenty obciążające podłoże gruntowe na dużej
powierzchni

powodują

duże

osiadania,

często

odznaczające

się

nierównomiernością. Związane jest to ze zróżnicowanym obciążeniem,
zmiennością warunków gruntowych, niejednorodnością podłoża, a także cechami
mechanicznymi gruntu, które nie są stałe ale zależą od stanu naprężenia w gruncie.

o

powiązanie wszystkich tych czynników oraz dodatkowo uwzględnienie sztywności
konstrukcji w obliczeniach, prowadzi do racjonalnego projektowania posadowień i
elementów konstrukcyjnych całej nadbudowy

o

trzeba pamiętać, że nawet najdokładniejsze oszacowanie osiadania pala
pojedynczego obciążonego siłą pionową, nie gwarantuje właściwego określenia
osiadania pali występujących w grupie. Często jednak krzywa osiadania pala
pojedynczego stanowi punkt wyjścia do obliczeń osiadania pali w grupie

- możliwości oceny pełnej krzywej obciążenie - osiadanie (Q - S)

•

podczas projektowania wymagana jest rzeczywista ocena krzywej osiadania na

podstawie próbnych obciążeń. Oceny dokonuje się na podstawie pala pojedynczego,
ale odnoszona jest do całego fundamentu palowego

•

na podstawie pomiarów z próbnego obciążenia sporządza się wykres zależności

osiadania pala od obciążenia oraz wykresy obciążenia i osiadania w czasie

•

następnie z krzywej obciążenie-osiadanie wykreśla się metodą graficzną według

zaleceń normy krzywą pomocniczą dQ/ds. Na końcowym fragmencie tej krzywej
poszukujemy odcinka prostoliniowego, którego początek określa nam wartość siły
N

c1

, a przedłużenie do przecięcia z osią - wartość siły granicznej N

g1

•

w zależności od wyników interpretacji wyróżniamy trzy przypadki:

o

krzywa typu „a” – gdy Nc

1

/Ng

1

≥ 0,4 przyjmuje się Nc

0

= Nc

1

oraz

współczynnik k = 1,0

o

krzywa typu „b” – gdy Nc

1/

Ng

1

< 0,4 przyjmuje się Nc

0

= Q

max

oraz

współczynnik k = 0,8

o

brak odcinka prostoliniowego na dQ/ds - wówczas przyjmuje się Nc

0

= Q

max

oraz współczynnik k = 0,9

o

Nośność pala, określona z próbnego obciążenia jest to wartość: k ·Nc

0

.

Warunek nośności jest spełniony gdy: Qr ≤ k ·Nc

0

. Próbne obciążenie pala

pozwala również warunku stanu granicznego użytkowalności, dotyczącego
osiadań: s(Qn) ≤ s

dop

.

- fundamenty płytowo – palowe, zastosowanie, obliczenia

- próbne obciążenie statyczne (SPLT)

•

próbne obciążenia statyczne jest to najbardziej miarodajna metoda oceny pracy pali w
podłożu gruntowym. Dzielimy je na 3 rodzaje: pionowe (wciskania i wyciągania), boczne
oraz ukośne

•

konstrukcje:

o

zespół stalowych belek (blachownic) zakotwionych do elementów kotwiących
(pale kotwice konstrukcyjne, pale kotwiące dodatkowe, kotwy gruntowe)

o

zespół belek stalowych, na których spoczywa balast (płyty drogowe, bloki
betonowe, skrzynie wypełnione gruntem lub wodą). Najczęściej balast opiera się
na tymczasowych podporach spoczywających na gruncie w sąsiedztwie
obciążonego pala

o

astosowanie systemu belek stalowych kotwionych do pali (np. konstrukcyjnych) z
uzupełnieniem balastem

o

zespół belek stalowych, na których spoczywa balast, obciążenie z balastu
przekazywane jest na sąsiednie pale (konstrukcyjne lub dodatkowe)

•

pomiary osiadań pali wykonujemy najczęściej za pomocą mechanicznych czujników
zegarowych (rzadziej indukcyjnych), o dokładności 0,01 mm. Czujniki mocowane są do
specjalnie uformowanej głowicy pala (stanowiącej trzon pala jako całość, ewentualnie
trwale połączonej z palem) i opierają się poprzez gładkie płytki na niezależnej ramie
pomiarowej. Cały system pomiarowy powinien być zabezpieczony przed bezpośrednim
działaniem słońca, wiatru, wody, drgań, wstrząsów, uderzeń mechanicznych. Baza
pomiarowa, najczęściej wykonana z belek stalowych lub drewnianych (najlepiej drewno
klejone) powinna być zamocowana z jednej strony, z możliwością przesuwu z drugiej
strony. Zaleca się niezależny (w celu eliminacji ewentualnych dużych błędów) pomiar za
pomocą niwelacji precyzyjnej (o dokładności rzędu 0,1 mm), zarówno przemieszczeń

głowicy jak i stabilności ramy pomiarowej. Nowe możliwości i nową jakość stwarza
pomiar laserowy z automatyczną rejestracją wyników pomiarów

•

metody badań:

•

wolnych stałych stopni obciążenia (Slow ML Test)

•

szybkich stałych stopni obciążenia (Quick ML Test)

•

stałej prędkości przemieszczenia (CRP Test)

•

szwedzki test cykliczny (S.C. Test)

•

metoda równowagi (IE Test)

•

metoda francuska LCPC

•

zalecenia niemieckie, 1993r

•

metoda proponowana przez ISSMFE, 1985

•

propozycje Komitetu Europejskiego, ERTC3, 2003r

•

PN-69/B-02482, 1969

•

PN-83/B-02482, 1983

•

metody interpretacji: (metoda, która pozwala na przyjęcie bezpiecznych obciążeń dla
pracy konstrukcji w rozpatrywanym stanie granicznym, skorelowana z metodą próbnego
obciążenia):

•

Van der Veen, 1953

•

LCPC, 1989

•

Zalecenia niemieckie, 1993

•

Schultze, 1974

•

Szechy, 1978

•

Goldfield, 1973

•

ISSMFE, 1985

•

Wytyczne Ministerstwa Komunikacji, 1975

•

Wytyczne IBDiM, 1993

•

PN-83/B-02482, 1983

•

Kosecki, 2002

•

Zalecenia ERTC 3, 2003

- badania dynamiczne (PDA, DLT), wzory dynamiczne

•

metody badań dynamicznych, początkowo stosowane tylko dla pali wbijanych, są

wykorzystywane na świecie również dla pali wierconych

•

metoda dynamicznego określania nośności pali

o

w porównaniu do badań statycznych eliminuje konieczność montowania

konstrukcji kotwiących lub balastowych oraz umożliwia przeprowadzenie w
ciągu jednego dnia kilku badań nośności pali

o

metoda ta uznawana jest za porównywalną z badaniem statycznym

umożliwiając ocenę nośności badanych pali

o

dynamiczne badanie nośności polega na wykorzystaniu zjawiska rozchodzenia

się fali naprężeń w palu podczas jego wbijania (uderzenie młotem kafara) lub
wywołanie fali naprężenia uderzeniem bijaka. W przypadku pala
wykonywanego w gruncie badanie przeprowadza się po wykonaniu pala
(zakończeniu okresu dojrzewania betonu)

o

za pomocą odpowiednio zamontowanych czujników następuje pomiar

przyspieszenia i naprężeń w głowicy pala. Przenośny komputer (przy
współpracy ze specjalnie zaprojektowanym wzmacniaczem i przetwornikiem
sygnałów) rejestruje dane.

o

wielkości zarejestrowane podczas uderzenia oraz charakterystyka podłoża

opracowana w oparciu o rozpoznane wcześniej warunki gruntowe umożliwiają
opisanie modelu analitycznego układu Młot-Pal-Grunt, za pomocą którego
określa się nośność pala oraz ekwiwalentną do statycznej, zależność
obciążenie-osiadania

o

interpretację wyników badań dynamicznych wykonuje się za pomocą

programów komputerowych opracowanych przy założeniu kilku różnych
modeli układu Młot-Pal-Grunt

•

wzory dynamiczne

o

wykorzystywane są do oceny nośności dynamicznej, dla pali wbijanych,

głównie pali Franki, Vibro, Vibro-Fundex, pali stalowych z zamkniętym dnem,
prefabrykowanych pali żelbetowych, pali drewnianych. Stosunkowo
wiarygodne wyniki otrzymuje się jedynie dla pali wbijanych w grunty
niespoiste. W zasadzie, w każdym przypadku, wymaga się korelacyjnych
badań statycznych pali i ustalenia współczynnika cechowania.

o

powszechnie stosowane wzory dynamiczne wywodzą się z zasady zachowania

energii.
W praktycznych wzorach inżynierskich uwzględnia się również tłumienie,
współczynniki efektywności młota, nachylenie pala, współczynniki
pochłaniania energii, współczynniki bezpieczeństwa (różne dla
poszczególnych wzorów).

o

generalnie, stosowanie wzorów dynamicznych wymaga dużej ostrożności.

Zalecane do poszczególnych wzorów współczynniki bezpieczeństwa wynoszą
Fd = 2 ÷ 10. Stosowanie konkretnego wzoru wymaga ścisłego sprecyzowania
zakresu stosowania. Niezależnie od tego istotny wpływ mogą mieć warunki
gruntowe, np. grunty uwarstwione, na przemian piaszczyste i spoiste oraz
małospoiste - może wystąpić tzw. pojęcie "wpędu zerowego". Badania
terenowe wskazują również na istotne zależności pomiędzy wpędem pala, a
sprężystym odkształceniem w zależności od rodzaju pala i warunków
gruntowych oraz zależność współczynnika cechowania (p) od wpędu pala,
zależnie od rodzaju pala i warunków gruntowych

o

dotychczasowe zastosowanie wzorów dynamicznych wykorzystywano do:

bieżącej kontroli procesu wbijania

weryfikacji uwarstwienia gruntu i zagłębienia podstawy w warstwę

nośną, szczególnie przy znacznych różnicach oporu (np. namuł, torf,
piasek)

określenia wpędów, zapewniających wymaganą nośność pala

określenia nośności pali wbijanych w grunty niespoiste na małych

budowach (przy dużych kosztach badań statycznych)

określenia nośności pali w sąsiedztwie pala próbnego, zastosowanie

współczynnika cechowania dla ekwiwalentnej grupy w podobnych
warunkach gruntowych

obliczenia naprężeń w palu (ściskanie, rozciąganie) w celu dobrania

głowicy pala i parametrów młota

określenie maksymalnej liczby uderzeń nie powodującej zniszczenia

pala

o

obecnie nowe możliwości stwarzają racjonalne połączenie próbnych obciążeń

statycznych, wykorzystanie wzorów dynamicznych oraz badań dynamicznych,
PDA, np. dla wbijanych żelbetowych pali prefabrykowanych