Fundament
pylonu mostu
podwieszonego
w ciągu Autostradowej Obwodnicy Wrocławia (A8)
uże wymiary konstrukcji czynią ją ciekawym na poziom stabilizacji ok. 90,5 m n.p.m., tj. 6,1 m powyżej
dr inż. Marcin Cudny
Dobiektem z punktu widzenia fundamentowania. stropu warstwy wodonośnej. W dokumentacji (6) wyso-
dr inż. Adam Krasiński
Wiąże się to bezpośrednio z wysokością obciążenia, jakie kość nadciśnienia zarejestrowano 12,0 m powyżej stropu
mgr inż. Krzysztof Załęski
należy przekazać na podłoże gruntowe. Spośród wielu warstwy wodonośnej, ponadto warstwę tę zlokalizowano
prof. dr hab. inż.
przeanalizowanych przez projektantów mostu kombinacji ok. 5,0 m powyżej poziomu wskazanego w dokumen-
Eugeniusz Dembicki
Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa obciążeń największe brane pod uwagę charakterystycz- tacji (2). Otwór, w którym zlokalizowano tak wysoki
Morskiego, Wydział Inżynierii Lądowej
ne obciążenie pionowe przekazywane na podporę (bez poziom nadciśnienia, znajduje się w środkowej części
i Środowiska Politechniki Gdańskiej
uwzględnienia jej ciężaru) wynosi 666,0 MN (wartość projektowanego fundamentu. W pozostałych otworach
obliczeniowa 887,3 MN). głębokich wykonanych w ramach dokumentacji (6),
położonych na krawędziach projektowanego fundamen-
Główną konstruk-
tu, nie zarejestrowano drugiego poziomu wodonośnego
Lokalizacja oraz warunki
cjÄ… przeprawy
do głębokości 30 m ppt. Kolejną warstwę wodonośną
mostowej przez
gruntowo-wodne piasków pylastych i pyłów z nadciśnieniem zlokalizowano
Projektowany fundament znajduje się w centralnej części na głębokości 42,5 m.
OdrÄ™ w ciÄ…gu
Wyspy Rędzińskiej na Odrze. Od północy przedmiotowy W obrębie wykonanych wierceń (tj. do 50 m ppt) nie
Autostradowej
teren sąsiaduje ze śluzami Rędzin (ok. 70 m), natomiast stwierdzono warstw odbiegających morfologią i cechami
Obwodnicy
od południowego-wschodu z zabytkowym jazem Rędziń- wytrzymałościowymi od opisanych drobnoziarnistych
Wrocławia jest
skim (ok. 110 m). Obszar przeznaczony pod konstrukcję utworów trzeciorzędowych. Utwory te wykazują dobrą
most podwieszony
fundamentu ma wymiary: 67,4 m x 28,0 m i jest zoriento- charakterystykę wytrzymałościową oraz sztywność.
MA21 w Rędzinie.
wany dłuższym bokiem w kierunku północno-zachodnim Obecność lokalnych sączeń oraz warstw wodonośnych
Konstrukcja mostu
(fot. 1). z wysokim nadciśnieniem hydrostatycznym była pod-
Przedmiotowy teren w formie naturalnej jest sto- stawowym problemem w przyjęciu głębokości posa-
składa się z dwóch
sunkowo płaski. Średnia rzędna terenu wynosi około dowienia głębokiego. Ostatecznie do analiz obliczenio-
oddzielnych pomo-
112,8 m n.p.m. Geomorfologicznie analizowany obszar wych przyjęto charakterystykę najbardziej niekorzystną
stów w technologii
położony jest w strefie Pradoliny Wrocławsko-Magdebur- z punktu widzenia technologii wykonawstwa i warunków
betonu sprężo-
skiej, zajmowanej przez dolinę Odry. Dolina ma posadowienia (rys. 1 oraz tabela 1), opartą głównie na roz-
nego, podwieszo-
ok. 10 km szerokości i wypełniona jest plejstoceńskimi poznaniu z dokumentacji (6).
nych obustronnie
i holoceńskimi osadami rzecznymi. Zaznacza się kilka
do jednego, cen- poziomów terasowych.
Przyjęte rozwiązanie
Wierzchnia warstwa nasypów oraz normalnie skonsolido-
tralnego pylonu.
wanych utworów akumulacji rzecznej o miąższości technologiczne posadowienia
Przęsło o szeroko-
ok. 2-3,0 m spoczywa na zagęszczonej warstwie gruntów Rozważono cztery koncepcje posadowienia: posadowie-
ści 38,58 m będzie
gruboziarnistych o miąższości 6-7,0 m. W obrębie tej war- nie bezpośrednie w warstwie zagęszczonych gruntów
mierzyć 612 m.
stwy występuje swobodne zwierciadło wody gruntowej ziarnistych, posadowienie na ścianach szczelinowych,
Wysokość
na średnim poziomie 107,6 m n.p.m. Poniżej znajdują posadowienie na bloku wykonanym ze zwartych kolumn
zaprojektowanego
się warstwy gruntów drobnoziarnistych. Warstwę ciągłą iniekcji strumieniowej (jet grouting) oraz posadowienie
pylonu wyniesie o miąższości ok. 15,0 m stanowią drobnoziarniste utwory na palach wielkośrednicowych. Ostatecznie przyjęto roz-
trzeciorzędowe. Tworzą je gliny lodowcowe, iły oraz lokal- wiązanie posadowienia na wierconych palach wielkośred-
122 m, co po wybu-
nie piaski pylaste. W warstwach piasków zaobserwowano nicowych z dodatkową iniekcją w podstawie pali. Roz-
dowaniu sprawi,
sączenie wód gruntowych. Poniżej znajduje się warstwa wiązanie to najlepiej odpowiada warunkom gruntowym,
że MA21 będzie
piasków pylastych i pyłów piaszczystych, w których a ponadto jest optymalne z punktu widzenia technologii
najwyższym takim
występuje woda gruntowa pod znacznym nadciśnieniem. wykonawstwa. Posadowienie bezpośrednie odrzucono
obiektem w Polsce.
Warstwa ta, o miąższości do 2,5 m, nie została zlokalizowa- ze względu na małą miąższość warstw zagęszczonych
na we wszystkich otworach badawczych. Istnieje również gruntów ziarnistych pod przyjętym poziomem posado-
rozbieżność dotycząca wysokości stabilizacji słupa wody wienia. W przypadku ścian szczelinowych problemem
w tej warstwie w różnych dokumentacjach. W dokumen- konstrukcyjnym jest stosunkowo mała nośność związana
36 tacji (2) we wszystkich otworach głębokich wskazano z technologią wykonawstwa ścian szczelinowych przy
most y real i zacj e
Fot. 1. Wyspa Rędzińska  zdjęcie
satelitarne. Na fotografii widoczny jest
zarys powstajÄ…cego fundamentu, jaz oraz
dwie śluzy
Efektywny Moduł
Nr warstwy Ciężar objętościowy Efektywna Wskaz
nik
Symbol gruntu kÄ…t tarcia edometryczny
geotech. gruntu Å‚/Å‚ [kN/m3] spójność c [kPa] Poissona Å [-]
wewnÄ™trznego Ć [°] pierwotny M0 [kPa]
IIa/IIb G, GÄ„, Ä„ 21,0/11,0 15,0 5,0 30 000 0,20
IIIa Ps, Pr, Pd 19,0/10,0 33,0 1,0 85 000 0,20
IIIb Ps, Pr, Pr/Po 20,0/10,0 35,0 1,0 150 000 0,15
IIIc Po, Å», Pr/Po 20,0/10,0 35,0 1,0 220 000 0,15
Va I, IÄ„, GÄ„z, Gz 21,5/11,5 23,0 18,0 40 000 0,20
Va*(głębsza) I, IĄ, GĄz, Gz 21,5/11,5 23,0 18,0 100 000 0,20
Vc PÄ„ 20,5/11,0 32,0 1,0 85 000 0,15
Tabela 1. Wartości charakterystyczne podstawowych parametrów geotechnicznych
użyciu zawiesimy bentonitowej. Posadowienie na bry- towej (ruszt palowy). W takim rozwiązaniu głównymi
le zwartych kolumn iniekcji strumieniowej odrzucono warstwami decydującymi o nośności i osiadaniach
ze względu na dużą objętość i masę takiej bryły, zaprojektowanego posadowienia są warstwy prekon-
a także ze względu na brak w podłożu głębszej warstwy solidowanych gruntów drobnoziarnistych Va oraz Vc.
o dużej sztywności mogącej stanowić podstawę zainiek- Długość pali przyjęto tak, aby podstawa pali znajdowała
towanej bryły. Przyjęto posadowienie stopy fundamento- się możliwie głęboko w górnym piętrze warstwy geo-
wej o wymiarach w planie 67,4 m x 28,0 m na 160 palach technicznej Va, jednakże ponad warstwą wodonośną Vc
wielkośrednicowych wierconych w rurze obsadowej. z nadciśnieniem wody w porach. Warstwa Vc nie jest
Pale te są sztywno połączone ze stopą fundamentową. warstwą słabą w sensie wytrzymałościowym, należało
Przyjęto pale o średnicy D = 150 cm w rozstawie prosto- jednak dążyć do pozostawienia jej w stanie nienaruszo-
kątnym 3,4 m x 3,6 m (rys. 2). Spód stopy fundamento- nym ze względu na występowanie dużego nadciśnienia
wej znajduje się na rzędnej 107,5 m n.p.m. i spoczywa wody w porach. Zalecono betonowanie pali wierconych
na półmetrowej warstwie betonu wyrównawczego. metodą na sucho, jednakże w trakcie realizacji nie udało
Długość pali wynosi 18,0 m (od poziomu 89,5 m n.p.m. się całkowicie spełnić tego zalecenia. Przewidując to,
do 107,5 m n.p.m.). Obwód stopy fundamentowej zabez- przyjęto wzmocnienie podstaw pali poprzez iniekcję
pieczony jest ścianką szczelną o długości 11,0 m (od po- zaczynu cementowego pod ciśnieniem kontrującym
ziomu 99,0 m n.p.m. do 110,0 m n.p.m.). Ścianka szczelna stan naprężenia w podstawie (kontrola wzniesienia pala
nie jest elementem układu fundamentowego odpowie- podczas iniekcji).
dzialnego za przenoszenie obciążeń na podłoże grunto-
we  stanowi zabezpieczenie przeciwerozyjne. Obliczenia
Budowa geologiczna podłoża gruntowego na przed- W początkowym etapie projektowania posadowienia py-
miotowym terenie nie pozwala na zaprojektowa- lonu sprawdzono kilka wariantów układu fundamentów
nie słupowego podparcia fundamentów palowych palowych przy założeniu braku bezpośredniej współpracy
ze względu na brak warstwy mocnej o charakterystyce stopy fundamentowej z gruntem, a także przy założeniu
wytrzymałościowej wyraz
nie przewyższającej nośność dużej sztywności korpusu fundamentu. Tak przyjęte
płyciej zalegających warstw gruntowych. Powoduje założenia stanowią podstawę obliczeniową tzw. metody
to konieczność zastosowania układu zawieszonego, sztywnego oczepu. W ostatecznie przyjętym układzie
gdzie przenoszenie obciążeń na podłoże odbywa się pali otrzymano maksymalną obliczeniową siłę 7200 kN
zarówno przez pale, jak i przez spód stopy fundamen- w schemacie obwiedni maksymalnych momentów 37
fot. www.google.com
Rys. 1
Rys. 3
Rys. 2
38
most y real i zacj e
Rys. 1. Charakterystyczny przekrój
geotechniczny z naniesionym
zarysem konstrukcji fundamentu
(a) oraz uproszczony układ warstw
przyjęty do obliczeń (b)
Rys. 2. Model fundamentu i dyskretyzacja
w obliczeniach metodą elementów
skończonych w płaskim stanie
odkształcenia: a) przekrój podłużny;
b) przekrój poprzeczny. Pale
i ściankę szczelną zamodelowano
elementami belkowymi o uśrednio-
nej charakterystyce sztywności
Rys. 3. Model fundamentu i dyskretyzacja
w obliczeniach metodą elementów
Rys. 4
skończonych w układzie przestrzen-
nym: a) widok ogólny z warunkami
brzegowymi; b) szczegół elementów
palowych (tzw. embedded
piles) oraz elementów ścianki
szczelnej (elementy płytowe).
Korpus fundamentu zamodelowano
elementami bryłowymi
Rys. 4. Rzut fundamentu z rozmieszczeniem
głowic pali
Rys. 5. Krzywa degradacji sztywności
z odkształceniem postaciowym.
Gt=Gref i Gs sÄ… odpowiednio stycznym
i siecznym modułem ścinania,
natomiast Gt jest minimalnym
min
modułem ścinania przy akumulacji
odkształcenia postaciowego łco
Fot. 2. Widok głowicy pala podczas
próbnych obciążeń z zastosowaniem
pomiarów ekstensometrycznych
w osi pala
Rys. 5 Fot. 2
działających w koronie fundamentu. Minimalna siła w tym matach w płaskim stanie odkształcenia, uśredniając
schemacie była również wciskająca i wynosiła 5300 kN. sztywności pali w rzędach oraz w układzie przestrzen-
W kolejnym etapie obliczeniowym fundament przyjęto nym. W układzie przestrzennym zastosowano elementy
jako zagadnienie brzegowo-początkowe i rozwiązano belkowe, których przebieg jest niezależny od dyskrety-
metodą elementów skończonych przy dyskretyzacji zacji podłoża (tzw. embedded piles). Nośność podstawy
na elementy strukturalne  płyty i belki oparte na podpo- pala modelowana jest poprzez zastępczą siłę skupioną
rach sprężystych. Charakterystyki podpór sprężystych ob- obliczaną na podstawie stanu naprężenia i nośności
liczono na podstawie sztywności warstw gruntu według gruntu w punkcie oparcia pala. Odpowiednie schema-
metody opisanej w (3). Oddziaływanie pod płytą przyjęto ty przyjętych modeli z dyskretyzacją przedstawiono
jako równomierny odpór gruntu o wartości 100 kPa. na rysunkach 2 i 3.
Pozwoliło to na oszacowanie sił wewnętrznych w płycie Podstawowym celem przeprowadzenia tego etapu obli-
fundamentowej do obliczeń zbrojenia oraz sił wewnętrz- czeniowego było określenie wytężenia podłoża grunto-
nych w palach przy uwzględnieniu utwierdzenia w płycie. wego oraz oszacowanie osiadań fundamentu w czasie
W obliczeniach tych maksymalna siła osiowa w palu budowy i przyszłego użytkowania. Oprócz charakterysty-
wyniosła 7367 kN (spełnia warunek nośności według ki wytrzymałościowej, którą opisano modelem spręży-
normy), natomiast maksymalny moment zginajÄ…cy w palu sto-plastycznym, bazujÄ…cym wariantowo na kryterium
osiągnął 4742 kNm. wytrzymałościowym Coulomba-Mohra oraz Matsuoki-
Ostateczny etap obliczeń polegał na symulacji kom- -Nakai ego, szczególną uwagę zwrócono na możliwie do-
pleksowej zagadnienia brzegowo-początkowego przy kładny opis sztywności zalegających warstw gruntowych.
użyciu metody elementów skończonych i dyskretyzacji Przyjęto nieliniową charakterystykę sztywności w zakresie
ośrodka ciągłego. Korpus fundamentu oraz warstwy małych odkształceń. Standardowe zastosowanie stałej
geotechniczne przyjęto jako kontinuum, natomiast sztywności z parametrami siecznymi (tab. 1) prowadzi
pale zdyskretyzowano belkami bezpośrednio kontak- w większości praktycznych przypadków obliczeń rusztów
tującymi się z otaczającymi elementami gruntowymi. palowych do otrzymania zbyt dużych, nierealistycznych
Obliczenia przeprowadzono w uproszczonych sche- osiadań obliczeniowych. 39
Siła
Siła
Rys. 6
Jak wiadomo z badań laboratoryjnych i polowych, Minimalny współczynnik stateczności modelu funda-
sztywność rośnie z poziomem średniego naprężenia mentu otrzymany metodą redukcji Ć-c wyniósł F = 1,35.
efektywnego, jednakże z drugiej strony ulega degra- Osiadania równomierne fundamentu nie przekroczyły
dacji w przypadku akumulacji znacznych odkształceń wartości 0,08 m, natomiast maksymalne różnice osiadań
postaciowych (ł) (1, 5). Charakterystykę tę uwzględnio- obliczeniowych nie przekroczyły wartości 0,01 m. Różni-
no w modelu gruntów drobnoziarnistych w rozpatry- ce osiadań od obciążeń całkowitych (stałych oraz zmien-
wanym zagadnieniu. Moduły sztywności zalegających nych) i zmiennych osiągnęły maksymalnie wartości
warstw gruntów drobnoziarnistych w zakresie małych 0,01 m. Przykładowy rozkład przemieszczeń pionowych
odkształceń określono w dokumentacji (6), w badaniach w wariancie obliczeniowym maksymalnych obciążeń
w aparacie trójosiowego ściskania za pomocą specjal- bocznych przedstawiono na rysunku 8.
nych elementów piezoelektrycznych, pozwalających
na pomiar prędkości fali ścinającej w próbce gruntu
Próbne obciążenia
przy różnych poziomach naprężenia (tzw. elementy
bender). pojedynczych pali
Aktualną wartość modułu ścinania (G) obliczano wg na- W celu potwierdzenia założeń projektowych oraz zgodnie
stępujących formuł: z ogólnymi zaleceniami dotyczącymi fundamentów
palowych wykonano badania nośności pali fundamentu

pylonu. Badania wykonano metodą próbnych obciążeń





statycznych. Ze względu na dużą rangę inwestycji oraz


,
odważne założenia projektowe próbne obciążenia pali



wykonano z rozszerzonym programem pomiarowym,
gdzie G i Gref są odpowiednio aktualnym i referencyjnym który uzgodniono z głównym projektantem oraz inwesto-
stycznym moduÅ‚em Å›cinania; Gref=Eref/(2(1+½)) przy Å›red- rem. Jeden pal przeznaczony do badania wykonano bez
nim naprężeniu referencyjnym pref=200 kPa; à jest tenso- iniekcji podstawy. PozostaÅ‚e trzy pale wykonano z iniekcjÄ…
rem naprężenia; ² = 0,5 jest wykÅ‚adniczym parametrem podstaw. Celem takiej decyzji byÅ‚o sprawdzenie skutecz-
zależności sztywności od naprężenia efektywnego oraz ności działania iniekcji, a zarazem dodatkowa kontrola ja-
ł0.7H"0,0001 odkształceniem postaciowym, przy którym kości jej wykonania. Ponadto w trzech palach zainstalowa-
moduł G ulega 30% degradacji w stosunku do G0  po- no system do pomiarów dystrybucji siły w trzonach pali,
ref
czątkowego modułu przy naprężeniu pref (rys. 5). zbudowany z czujników ekstensometrycznych. Pomiary
Wyniki obliczeń zachowania się układu fundamento- tym systemem miały na celu przede wszystkim określenie
wego pozwalają stwierdzić, że parametry wytrzymało- wartości siły przenoszonej przez poszczególne odcinki
ściowe podłoża gruntowego zapewniają stateczność tej pobocznicy oraz przez podstawę, a ponadto przybliżone
konstrukcji. Równowaga statyczna pozostała zachowa- określenie wartości siły wygenerowanej w podstawie
na nawet przy przeciążeniu dwukrotnym w stosunku w wyniku iniekcji. Dodatkowo pomiary ekstensometrycz-
40 do działających stałych obciążeń obliczeniowych. ne zaplanowano z tego względu, że w przypadku ewen-
Głębokość
Głębokość
most y real i zacj e
Rys. 6. Rozkłady sił w trzonach
pali otrzymane z pomiarów
ekstensometrycznych
Rys. 7. Wykresy próbnych obciążeń pali
Rys. 8. Rozkład przemieszczeń
pionowych otrzymany w jednym
z wariantów obliczeniowych
(maksymalne obciążenia boczne)
Rys. 7
Piśmiennictwo
1. Atkinson J.H.: Non-linear Soil
Stiffness in Routine Design.
40th Rankine Lecture.  Géo-
technique , 2000, vol. 50,
No. 5, 487-508.
2. Dokumentacja geologicz-
no-inżynierska: Autostrada
A-8. AOW, Wykonawca: Geo-
Tech Sp. z o.o., Rzeszów 2006.
3. Kosecki M.: Statyka ustrojów
palowych. PZITB O. Szczecin,
2006.
Rys. 8
4. Opracowanie sposobu po-
sadowienia podpory P14 py-
lonu mostu podwieszonego
w ciÄ…gu AOW (A8) nad rzekÄ…
Odrą we Wrocławiu. Wyko-
tualnych niekorzystnych wyników badań nośności pali Badania ekstensometryczne pozwoliły na wgląd w pracę
nawca: Geosyntex Sp. z o.o.,
pozwoliłyby one określić ich przyczynę, tzn. czy spowo- pali w istniejących warunkach gruntowych. Zdecydowaną
Gdynia 2008.
dowane były niską nośnością pobocznicy, czy podstawy większość siły przenosiły pobocznice pali, co odpowiada
5. Santos J.A., Correia A.G.: Re-
pala. Czujniki ekstensometryczne rozmieszczono w sied- przyjętej koncepcji pali zawieszonych w systemie rusztu
ference Threshold Shear Strain
miu poziomach na całej długości pali. Należy nadmie- palowego.
of Soils. Its Application to Ob-
nić, że prawdopodobnie były to pierwsze tego rodzaju tain a Unique Strain-Depen-
dent Shear Modulus Curve for
pomiary w czasie próbnych obciążeń pali w Polsce.Widok Podsumowanie
Soil. Proceedings of the 15th
obciążanej głowicy pala z widocznym opomiarowaniem W niniejszym artykule przedstawiono w skrócie warun-
International Conference
do badań ekstensometrycznych przedstawiono na fo- ki oraz przyjęty sposób posadowienia pylonu mostu
On Soil Mechanics and Geo-
tografii 2. Próbne obciążenia pali zrealizowano według MA21 w miejscowości Rędzin (obwodnica Wrocła-
technical Engineering, Istan-
procedury standardowej do wartości siły Qmax= 11000 kN wia A8). Bardzo ważną decyzją przy wyborze długości
bul, 2001, vol. 1, 267-70.
z odciążeniem pośrednim przy sile Q1 H" Qr = 7400 kN. pali było ich skrócenie ze względu na występowanie
6. Sprawozdanie z badań geo-
Otrzymane wyniki próbnych obciążeń pali w pełni lokalnych przewarstwień z nadciśnieniem wody
technicznych i laboratoryj-
potwierdziły słuszność decyzji o rozszerzonym progra- w porach, które mogły być z
ródłem upłynnienia gruntu
nych pod pylon i podpory sta-
mie pomiarowym. Uzyskano wiele cennych informacji, w podstawie pali. Decyzję tę można było podjąć dzięki
Å‚e dla potrzeb budowy mostu
dzięki którym potwierdzono bezpieczeństwo przyszłej rozszerzonemu programowi obliczeń oraz dzięki dodat- podwieszonego nad Odrą
pracy fundamentu podczas eksploatacji mostu. Ważną kowym, niestandardowym badaniom parametrów pod- we Wrocławiu. Wykonawca:
Geoteko Projekty i Konsulta-
obserwacjÄ… jest wykazanie wyraz
nej skuteczności iniekcji łoża. Przeprowadzenie próbnych obciążeń pali z eks-
cje Geotechniczne Sp. z o.o.,
pod podstawami pali, a więc dobrą jakość ich wykona- tensometrycznym pomiarem dystrybucji siły wzdłuż
Warszawa 2008.
nia, a także zasadność jej zastosowania. Zilustrowano trzo nów pali okazało się trafnym i bardzo przydatnym
to poprzez porównanie krzywych osiadania na rysunku 7. przedsięwzięciem, które pozwoliło na kontrolę popraw-
Wyniki badań ekstensometrycznych w postaci rozkładu ności przyjętych założeń obliczeniowych w modelu
siÅ‚y w trzonach pali przedstawiono na rysunku 6. obliczeniowym. qð 41