9. WZMACNIANIE PODA
OŻA GRUNTOWEGO
Wzmacnianie podłoża gruntowego pod fundamentami bezpośrednimi wykonuje się w celu
zwiększenia jego wytrzymałości i zmniejszenia ściśliwości  czyli osiadań fundamentu.
Wzmocnienia wymaga podłoże gruntowe zbudowane miedzy innymi z luz
nych gruntów
niespoistych (piasków, pospółek), miękkoplastycznych gruntów spoistych (glin, pyłów) oraz płytko
zalegających (do głębokości ok. 3.0 m) gruntów organicznych (głębsze zaleganie gruntów
organicznych wymaga już posadowienia głębokiego).
9.1. Wzmacnianie podłoża z gruntów niespoistych
Podłoże z luz
nych gruntów niespoistych może występować miedzy innymi na terenach
refulacyjnych (narefulowanych  tzn. zbudowanych z odłożonego materiału piaszczystego po
pogłębianiu rzek, kanałów, basenów portowych itp. ), w deltach, dolinach i meandrach rzek oraz na
terenach z niekontrolowanymi nasypami, utworzonymi np. z odkładu materiału z dużych wykopów
lub kopalni odkrywkowych.
W przypadku podłoża z gruntów niespoistych można stosować następujące sposoby wzmocnienia:
1) zagęszczanie powierzchniowe
2) zagęszczanie wgłębne
3) zagęszczanie dynamiczne (konsolidacja dynamiczna)
4) zeskalanie gruntu za pomocą iniekcji
Ad. 1) Zagęszczanie powierzchniowe wykonuje się przy pomocy walców wibracyjnych gładkich
lub okołkowanych lub płytami wibracyjnymi. Zasięg takiego zagęszczania wynosi od 1.0 do 2.0 m
głębokości (przy ciężkich walcach wibracyjnych  do 3.0 m). Takie zagęszczanie więc stosuje się
gdy warstwa gruntów luz
nych jest przypowierzchniowa i nie sięga zbyt głęboko lub gdy nie ma
potrzeby głębszego zagęszczania  np. pod niewielkie obiekty, przekazujące nieduże naciski na
podłoże. W celu uzyskania głębszego zasięgu zagęszczenia można wybrać grunt i odłożyć na bok,
następnie zagęścić najpierw dno wykopu, a następnie układać grunt z powrotem w wykopie
warstwami 30 � 50 cm z zagęszczaniem.
Ad. 2) Zagęszczanie wgłębne można wykonywać metodą wibroflotacji lub palami (kolumnami)
piaskowymi.
Wibroflotacja  polega na zagęszczaniu luz
nych gruntów sypkich, najczęściej nawodnionych przez
wprowadzenie (wpłukanie) w grunt na żądaną głębokość specjalnie skonstruowanego wibratora o
dużej mocy. Zagęszczanie wykonuje się w punktach o rozstawie 2 � 3 m i odbywa się poprzez
wibrację i tłoczenie wody pod ciśnieniem 3 � 4 atm. W czasie zagęszczania powstają wolne
przestrzenie w gruncie i lej na powierzchni terenu, które uzupełnia się materiałem dostarczanym
z zewnątrz  najlepiej żwir lub tłuczeń. Po przeprowadzonej wibroflotacji w gruncie oprócz
zwiększonego zagęszczenia pozostają słupy (kolumny) ze żwiru lub tłucznia o dość dużej nośności.
Wibrator o średnicy około 30 cm składa się z części wibrującej, przegubu i nadbudowy (grubej
żerdzi). W części wibrującej znajduje się wibrator w postaci pionowego walca obracającego się
96
mimośrodowo wokół pionowej osi, co powoduje powstawanie drgań poziomych. Napęd wibratora
jest hydrauliczny. W czasie zagłębiania woda wypływa pod ciśnieniem z ostrza, co ułatwia
zagłębianie. Przy wyciąganiu wibratora zawór w ostrzu jest zamknięty, a woda tłoczona jest
dyszami górnymi skierowanymi w dół, co ułatwia zagęszczanie piasków.
Zasięg wibroflotacji w głąb wynosi do 8 (10) m.
Po przeprowadzonej wibroflotacji podłoże gruntowe wymaga dodatkowego powierzchniowego
dogęszczenia.
Pale piaskowe zagęszczające wykonuje się najczęściej przez wbicie rury stalowej o średnicy 30 �
40 cm z korkiem z półsuchego chudego betonu. Wbijanie odbywa się przez opuszczanie baby
w kształcie cygara wewnątrz rury i uderzanie nią w dno z korka betonowego. Po osiągnięciu
wymaganej głębokości wbicia, rurę przytrzymuje się aby dalej nie zagłębiała się i wybija się korek
betonowy. Następnie do wnętrza rury dostarcza się porcjami piasek, który ubija się babą z
jednoczesnym skokowym podciąganiem rury. W ten sposób formuje się pal w gruncie.
Zagęszczenie podłoża uzyskuje się zarówno w trakcie wbijania rury poprzez rozpychanie go na
boki, jak również w trakcie formowania pala.
Ad. 3) Konsolidacja dynamiczna polega na intensywnym zagęszczaniu gruntów za pomocą bardzo
ciężkich ubijaków o masie 10 � 40 ton, zrzucanych swobodnie z wysokości 10 � 40 m. Jest to
metoda zagęszczania bardzo wydajna i mało kosztowna. Nadaje się nie tylko do gruntów
niespoistych, ale praktycznie do wszystkich gruntów, również miękkoplastycznych spoistych
i organicznych. Zasięg wzmocnienia sięga głębokości 15.0 m i więcej. Wadą jej jest możliwość
stosowania tylko w terenie otwartym, niezabudowanym.
Po kilku uderzeniach bijaka na powierzchni terenu tworzy się lej, który wypełnia się gruntem
gruboziarnistym i ponownie uderza bijakiem. W rezultacie gruby materiał sukcesywnie wbijany jest
coraz głębiej, aż do osiągnięcia warstw gruntów nośnych.
97
W przypadku podłoża z gruntów spoistych konsolidację dynamiczną wykonuje się w kilku fazach.
Po każdej fazie ubijania - po 3 � 4 uderzeniach w każdym punkcie daje się kilkutygodniową
przerwę na tzw. oddech, czyli rozproszenie się nadwyżki ciśnienia porowego wody, powstałej
w wyniku ubijania. Gdybyśmy tego nie robili, to nadciśnienie wody powodowałoby upłynnianie
gruntów i brak efektów zagęszczenia.
Po zakończeniu ubijania wyrównuje się powierzchnię terenu i dogęszcza powierzchniowo, np. za
pomocą walców.
Konsolidację dynamiczną można wykonywać punktowo, np. pod poszczególne stopy słupów hal
przemysłowych lub handlowych, szczególnie wtedy gdy rozstawy słupów są dość znaczne.
Ad. 4) Zeskalanie gruntów metodą iniekcji.
Wzmacnianie podłoża gruntowego z gruntów niespoistych poprzez zeskalenie metodą iniekcji
uzyskuje się poprzez wtłoczenie w pory gruntowe zaczynu cementowego, rzadkiej zaprawy
cementowej lub związków chemicznych krzemu.
Zeskalanie (petryfikację) wykonuje się za pomocą tzw. inżektorów, tzn. cienkich rurek stalowych <"
Ć 50 mm wprowadzanych w grunt na żądaną głębokość za pomocą najczęściej płuczki. Rurki
zaopatrzone są co ok. 0.5 m do 1.0 m w tzw. manszety (krótkie odcinki perforowane osłonięte
z zewnątrz gumą). Do wnętrza rurek wprowadza się żerdz
iniekcyjną z dwoma pakerami i dyszami
bocznymi miedzy nimi. Iniekcję zaczyna się od dołu przez kolejne manszety. Żerdz
umieszcza się
tak aby dolny paker znalazł się pod manszetą, a górny  nad. Następnie tłoczy się iniekt, który
uszczelnia pakery i rozpychając osłonę gumową wydostaje się na zewnątrz penetrując w grunt. Po
wypełnieniu porów gruntowych, co objawia się spadkiem wydatku iniektu i wzrostem jego
ciśnienia, przesuwa się zestaw iniekcyjny do kolejnej manszety wyżej. Taki sposób zeskalenia
nazywa się iniekcją strefową. Jej zaletą jest równomierne zeskalenie gruntu na całej wysokości.
Możliwe jest również wykonanie reiniekcji. Promień zasięgu wokół zastrzyku wynosi od 0.5 do 1.5
m, w zależności od przepuszczalności gruntu. Ciśnienia jakie się tu stosuje to od kilku do
kilkunastu atmosfer.
W przypadku zeskalania za pomocą związków chemicznych krzemu nazywa się również
silikatyzacją. Silikatyzacja może być:
a) dwuroztworowa (dwufazowa)
b) jednoroztworowa (jednofazowa).
Ad. a) Polega ona na wtłoczeniu w pierwszym etapie roztworu kwasu krzemowego lub szkła
wodnego, a następnie w drugim etapie chlorku wapnia. Oba związki łączą się ze sobą tworząc żel,
który stopniowo twardnieje.
Reakcja szkła wodnego z chlorkiem wapnia:
Na2OnSiO2 + CaCl2 = 2NaCl + CaOnSiO2
Ad. b) Wtłacza się w grunt mieszaninę szkła wodnego i kwasu fosforowego.
98
Wykorzystanie elektroosmozy
W przypadku silikatyzacji gruntów o słabej wodoprzepuszczalności można zastosować
elektrokinetyczną metodę zeskalania, wykorzystującą zjawisko elektroosmozy. Zjawisko to polega
na wzmożeniu przepływu wody i innych wodnych związków w gruncie w wyniku przepływu prądu
elektrycznego. W tym celu w grunt wprowadza się dwa rzędy elektrod (anody (+) i katody (-)),
z których anody są jednocześnie inżektorami. Przy zastosowaniu elektroosmozy wykonuje się
najczęściej silikatyzację dwuroztworową. Używa się prądu stałego o napięciu 40 do 80 V.
9.2. Wzmacnianie podłoża z gruntów spoistych
Sposoby wzmacniania:
1) wymiana gruntu słabego
2) wibro-wymiana
3) prekonsolidacja (przeciążenie nasypem)
4) konsolidacja dynamiczna (jak w 9.1 p.3))
5) zeskalenie gruntu metodą elektroosmozy (jak w 9.1 p.4))
Ad. 1) Wymiana gruntu słabego
Wymiany gruntu słabego można dokonać pod całym obiektem (w przypadku posadowienia na
płycie, skrzyni, gęstym ruszcie lub gęstej siatce stóp) lub miejscowo pod samymi ławami lub
stopami (zastosowanie tzw. poduszek piaskowych). Wymiana może być całkowita (usunięcie całego
gruntu słabego, aż do gruntu nośnego) lub częściowa (wymiana gruntu słabego do pewnej
głębokości). W drugim przypadku potrzebna głębokość wymiany wynika ze spełnienia warunku
nośności (I stan graniczny) i warunku osiadań (II stan graniczny). Głębokość tę wyznacza się
metodą prób. Jako nowy grunt używa się najczęściej piasku średniego, grubego lub pospółki. Po
wykonaniu wykopu dobrze jest na dnie ułożyć warstwę chudego betonu, która zabezpieczy podłoże
rodzime przed nadmiernym nawodnieniem od zbierającej się wody opadowej, która będzie
przenikać przez nowy grunt niespoisty. Nowy grunt układa się warstwami o grubości do 0.50 m i
zagęszcza do ID e" 0.70. Poduszka powinna mieć szerokość taką, aby obejmowała zasięg
poprowadzony od spodu fundamentu pod katem 45�.
Ad. 2) Prekonsolidacja (przeciążenie nasypem)
Metoda ta polega na zmniejszeniu ściśliwości gruntu i zwiększeniu jego wytrzymałości poprzez
przeciążenie podłoża gruntowego nasypem na kilka miesięcy (do około 1 roku) przed rozpoczęciem
99
prac z posadowieniem obiektu. Ciężar nasypu powinien być o około 50% większy od ciężaru
posadawianego przyszłego obiektu. W przypadku bardzo słabego podłoża nasyp układa się
stopniowo, aby nie dopuścić do upłynnienia gruntu. Czasami wręcz odwrotnie nasyp wykonuje się
szybko i od razu o dużym ciężarze, aby specjalnie doprowadzić do upłynnienia słabych warstw
podłoża i wyparcia ich przez nasyp.
Zmniejszenie ściśliwości gruntu uzyskuje się poprzez znaczne zmniejszenie jego porowatości
i dogęszczenie, natomiast zwiększenie wytrzymałości uzyskuje się poprzez wyciśnięcie wody
gruntowej z porów, a tym samym zmniejszenie stopnia plastyczności gruntu, co z kolei wpływa na
wzrost spójności i poziomu naprężeń efektywnych w gruncie.
Wadą prekonsolidacji jest długi czas pozostawiania nasypu, aż do uzyskania konsolidacji np. na
poziomie 90%. Konsolidację można znacznie przyspieszyć za pomocą drenażu pionowego
z sączków piaskowych lub drenów papierowych lub z tworzyw sztucznych. Drenaż ten przyspiesza
odpływ wody z porów gruntowych i rozpraszanie ciśnienia porowego.
Metoda prekonsolidacji jest bardzo popularna w drogownictwie.
Ad. 3) Wibro-wymiana
Metoda wibro-wymiany jest bardzo podobna do wibroflotacji. Stosuje się tutaj urządzenie
wibracyjne o podobnej konstrukcji co wibroflot, przy czym tutaj nie stosuje się w ogóle płuczki
wodnej, a materiał do wymiany (kruszywo) dostarcza się specjalnym rdzeniem wewnętrznym.
Etapy wykonawstwa:
a) Zagłębienie wibratora w grunt za pomocą ciężaru własnego i wibracji, aż do osiągnięcia
warstw o większej wytrzymałości
b) Otwarcie ostrza wibratora i dostarczenie materiału kruszywa do rdzenia przez górny zasobnik
c) Podnoszenie rdzenia i wypełnianie otworu kruszywem z jednoczesną wibracją pionową
i poziomą, zagęszczającą kruszywo
d) Sukcesywne uzupełnianie kruszywa w zasobniku w trakcie podnoszenia wibratora i tworzenia
kolumny z kruszywa
e) Po wykonaniu siatki kolumn układa się na powierzchni warstwę podkładową o grubości około
20 cm, na niej geosiatkę, a następnie warstwę z grubego kruszywa (żwir lub tłuczeń). Powstaje
w ten sposób tzw. nośny materac gruntowy zdolny do przejmowania obciążeń od budowli.
Na kolumny używa się żwiru, kamieni lub tłucznia. Średnica kolumn waha się od 50 do 80 cm.
Rozstaw osiowy w siatce  około 2.0 do 2.50 m.
W przypadku przechodzenia przez grunty organiczne (torfy, namuły) kolumny z kruszywa
dodatkowo stabilizuje się przez dodanie zaczynu cementowego lub zamiast kruszywa stosuje się
beton.
Obliczenia:
- nośność pionowa kolumn w gruncie,
- nośność wewnętrzna trzonów kolumn,
- sprawdzenie i dobór wytrzymałości geosiatek na zrywanie.
100