Fundamenty na palach - cz. I (wstęp)
Tagi:
fundamentowanie
,
fundamenty
,
fundamenty na palach
,
pale
,
pale wbijane
,
pale wiercone
Fundamenty palowe stosuje się w miejscach, gdzie
konieczne jest przeniesienie dużych skoncentrowanych
obciążeń na głębsze (bardziej wytrzymałe) warstwy
gruntu. Można wyróżnić kilka podstawowych
przypadków, w których konieczne jest użycie tego typu
fundamentów. Palowanie stosuje się wówczas, gdy w
górnych, przypowierzchniowych warstwach występują
grunty o małej nośności i wysokiej podatności na
odkształcenia (np. namuły, torfy, luźne nasypy, odpady
komunalne).
Palowanie jest też konieczne w przypadku, gdy na fundament - a za jego pośrednictwem na
grunt - przenoszone będą duże obciążenia skupione (siły pionowe, poziome, momenty oraz
ich kombinacje). Tego typu warunki występują w podporach mostów, obiektach budownictwa
hydrotechnicznego, morskiego i pełnomorskiego, budynkach wysokich oraz obiektach typu
wieżowego. Fundamenty takie stosujemy również do obudowywania głębokich wykopów,
stabilizacji skarp, wzmocnienia istniejących fundamentów oraz do ograniczenia bezwzględnej
wielkości osiadań lub różnicy osiadań. Aby właściwie zaprojektować, wykonać i
eksploatować obiekt oparty na palach, należy uwzględnić kilka podstawowych zasad.
Harmonogram prac powinien objąć:
•
rozpoznanie składu oraz nośności podłoża - należy przy tym uwzględnić głębokość
posadowienia pali zapewniającą stabilność przyszłej konstrukcji;
•
dobór odpowiedniej technologii (rodzaju pala) z uwzględnieniem warunków
gruntowych, założeń konstrukcyjnych, ekonomicznych oraz bezpieczeństwa;
•
wykonanie analizy obliczeniowej (wyznaczenie sił działających w palach oraz sił
wewnętrznych działających w fundamencie), w tym szczególnie określenie nośności i
przemieszczeń fundamentu z uwzględnieniem zależności obciążenie-osiadanie;
•
określenie warunków wykonania fundamentu palowego;
•
wykonanie badań kontrolnych nośności i jakości palowania (przeprowadzenie
próbnych obciążeń statycznych i dynamicznych jak również jakości i długości pali);
•
powykonawczą kontrolę posadowienia konstrukcji, co oznacza przede wszystkim
ocenę pracy - budowli, fundamentu oraz gruntu w tym pomiar osiadania i ocena
przemieszczeń.
Przed przystąpieniem do projektowania należy zdefiniować dany fundament palowy, a
następnie stosować zasady wykonawstwa i obliczeń przewidywane dla tego rodzaju
fundamentów. Pale fundamentowe charakteryzują trzy wielkości: długość oraz średnice
trzonu oraz podstawy. Podstawowym wyznacznikiem pracy pojedynczego pala (osadzonego
w gruncie) jest zależność osiadania od przyłożonego obciążenia. Podczas wykonywania
obliczeń, najprostszym kryterium jest przyjęcie zagłębienia względnego L/D # 10 (L -
długość pala, D - jego średnica).
Uwaga. Stosowanie krótkich elementów o znacznej średnicy powoduje pracę fundamentu
zbliżoną do pracy fundamentu blokowego.
Zgodnie z Eurokodem 7 oraz Polską Normą (PN-83/B-02482) najbardziej pewną metodą
oceny rzeczywistej nośności oraz osiadania pali i fundamentów palowych jest próbne
obciążenie statyczne.
Uogólnione zależności współpracy pala z podłożem
Rys1. pal w podłożu gruntowym: a)oznaczenie podstawowe, b) rozkład oporów
Przy rozpatrywaniu przypadków osiadania pala należy uwzględnić:
1. krzywą osiadania Qs - zależność obciążenia całkowitego w głowicy od osiadania,
2. opór wzdłuż pobocznicy (w zależności od osiadania),
3. opór pod podstawą pala (w zależności od osiadania),
4. rozkład oporów na pobocznicy wzdłuż długości pala,
5. skrócenie własna trzonu pala.
Rys. 2. Uogólnione krzywe osiadania: a) dla pali wbijanych, b) dla pali wierconych w odniesieniu do pali wielkośrednicowych
Przy analizie wykresu najważniejsze są miejsca znacznego załamania się krzywych oraz
bezwzględne wartości osiadania (dla nich opory osiągają wartości graniczne lub krytyczne).
Różny stopień skupienia oporów na pobocznicy i pod podstawą, w odniesieniu od osiadania
pozwala zrozumieć różnice w wartości cząstkowych współczynników bezpieczeństwa.
Wykresy są też istotną wskazówką dla projektanta do oceny pracy fundamentu palowego oraz
interpretacji wyników próbnych obciążeń statycznych. 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.
Przekazywanie na podłoże obciążeń poprzez pale oraz zależność obciążenia i osiadania
zależna jest od:
1. rodzaju gruntu - duża uwagę trzeba zwrócić na piaski drobne, pylaste, pyły, iły
pęczniejące. Dodatkowym czynnikiem który należy uwzględnić przy projektowaniu to
wysoki poziom wód gruntowych, przewidywane zmiany położenia poziomu wody,
szczególnie gdy występuje przepływ poziomy oraz zmienne warstwy gruntu;
2. naturalnego stanu naprężenia miejscowego działającego w podłożu. Sytuacja taka
występuje w gruntach nasypowych - normalnie skonsolidowanych i
prekonsolidowanych;
3. stanu naprężenia wokół podstawy i pobocznicy;
4. uziarnienia gruntu, z uwzględnieniem wskaźnika różnoziarnistości;
5. stopnia wilgotności gruntu - stanu nawodnienia oraz zmian poziomu wód
gruntowych;
6. współczynnika filtracji (szczególnie filtracji poziomej);
7. rodzaju materiału z jakiego został skonstruowany pal, sztywności trzonu pala (wpływ
modułu odkształcenia trzonu);
8. rzeczywistej szorstkości trzonu pala oraz nierównym rozłożeniem sił na styku pala i
podłoża;
9. technologii wykonania pala - pale wiercone, przemieszczeniowe;
10. wymiarów pala (średnica i długość), a co za tym idzie - zagłębienia rzeczywistego
oraz względnego L/D;
11. możliwych odchyłek od projektowanej średnicy;
12. rodzaju maszyny osadzającej pal (młot wolno spadowy, spalinowy, hydrauliczny lub
wibromłot);
13. szybkości i sposobu wiercenia oraz zabezpieczania otworu - wiercenie w bentonicie,
pale wiercone z rurą osadową, bez zabezpieczenia otworu, pale Atlas czy wiercenie w
gruntach pęczniejących;
14. sposobu betonowania, prędkości podawania mieszanki betonowej oraz ciśnienia w
czasie betonowania;
15. jakości, konsystencji mieszanki betonowej oraz współczynnika filtracji świeżego
betonu;
16. odstępu czasu pomiędzy wykonaniem otworu (stopień odprężenia gruntu przy
pobocznicy i podstawie pala) a betonowaniem;
17. wpływu urządzeń ułatwiających wprowadzenie pala na stan naprężenia gruntu;
18. stopnia utrzymania norm technologicznych w czasie wykonywania pala oraz całego
fundamentu palowego;
19. właściwej kolejności wykonania pali z uwzględnieniem rodzaju pala i rodzaju oraz
stanu gruntu;
20. zabiegów polepszających mechaniczne właściwości podłoża pod podstawą i wzdłuż
pobocznicy. Wpływ ten jest ważny w czasie oraz po wykonaniu pala (iniekcje
cementowe).
Technologia oraz sposoby palowania zostały dokładnie opisane w normach:
1. Wytwarzanie/produkcja pali
- PN-EN 12794:2005 Prefabrykaty betonowe - Pale fundamentowe
2. Projektowanie pali
- PN-EN 1992-1-1:2005 - Eurokod 2 - Projektowanie konstrukcji z betonu. Część 1-1 -
Reguły ogólne i reguły dla budynków.
- PN-B-03264:2002 - Konstrukcje betonowe, żelbetowe i sprężone. Obliczenia statyczne i
projektowanie..
- PN-91/S-10042 - Obiekty mostowe. Konstrukcje betonowe, żelbetowe i sprężone.
Projektowanie
Normy podstawowe:
- PN-83-B-02482 - Fundamenty budowlane. Nośność pali fundamentowych
- PN-EN 1997-1 - Eurokod 7. Projektowanie geotechniczne - Część 1: Zasady ogólne.
3. Instalacja pali
- PN-EN-83-B-02482 - Fundamenty budowlane. Nośność pali i fundamentów palowych
- EN 22477-1 - Badania geotechniczne - Badania konstrukcji geotechnicznych - Część1:
Próbne obciążenia pali przez statyczne wciskanie osiowe.
4. Normy dotyczące konkretnych rozwiązań:
- pale przemieszczeniowe, PN-EN 12699:2002,
- pale wiercone, PN-EN 1536:2001.
Literatura:
- K. Gwizdała, J. Kowalski: Pale prefabrykowane. Politechnika Gdańska. Wydział Inżynierii
Lądowej. Katedra Geotechniki. Gdańsk, wrzesień 2005.
- Jaromiak A., Kłosiński B., Grzegorzewicz K., Zielenkiewicz T., Pale i fundamenty palowe.
Arkady, Warszawa 1976.
- Sobala D., No. 8/2007 materiały AARSLEFFinfo
Fundamenty na palach cz. II - Prefabrykowane pale wbijane
Tagi:
fundamentowanie
,
fundamenty
,
fundamenty na palach
,
pale betonowe
,
pale prefabrykowane
,
pale wbijane
Prefabrykaty palowe długości do 15 m betonowane są w
zakładzie prefabrykacji i przywożone na budowę. Mogą
też być betonowane na budowie w specjalnych formach.
Przy większej długości można je też wykonywać z
odcinków łączonych długości do 10 m. Najczęściej stosuje
się prefabrykowane pale żelbetowe o przekroju 30x30 cm
(długości 6-18 m) i 40x40 cm (długości 6 m). Podstawy pali
mogą być zaostrzone lub tępe. Osadza się je przy pomocy
kafarów spalinowych (np. Delmag), hydraulicznych lub
wolno spadowych.
Zastosowanie pali prefabrykowanych:
•
budownictwo mieszkaniowe, obiekty biurowe;
•
budownictwo przemysłowe, konstrukcje hal i centrów handlowych, posadowień
posadzek, stacje paliw;
•
posadowienie podpór mostów, wiaduktów, estakad drogowych;
•
fundamentowanie nabrzeży, pirsów, torów poddźwigowych żurawi, stacji prób
dźwigów,
•
suwnic;
•
budowa nasypów drogowych i kolejowych na słabym podłożu gruntowym;
•
posadowienia wież telefonii komórkowej, elektrowni wiatrowych, słupów
energetycznych,
•
słupów sieci trakcji na kolei, ekrany osłonowe i dźwiękoszczelne, stacje
transformatorowe;
•
podpory tymczasowe wszelkiego rodzaju rusztowań gdzie wymagane są małe
osiadania.
Prefabrykowane pale wbijane zaliczane są do grupy przemieszczeniowych.
Pale przemieszczeniowe
Są wykonywane w gruncie bez wiercenia i wydobywania ziemi. Są to pale prefabrykowane
lub formowane w gruncie, zagłębiane w grunt przez wbijanie, wibrowanie, wciskanie,
wkręcanie lub kombinację tych metod. Materiały pali to stal, żeliwo, beton, drewno, różne
iniekcje: zagęszczające, rozrywające, nieprzemieszczające ośrodka filtracyjnego oraz
wypełniające szczeliny. Materiały iniekcyjne to roztwory i zaprawy, cement, spoiwa
hydrauliczne, materiały iłowe, piasek, wypełniacze, chemikalia.
Rodzaje pali prefabrykowanych:
•
pale pełne o wymiarach przekroju poprzecznego od 25×25 do 40×40 cm, najczęściej
do długości 18 m,
•
pale w postaci rur z dnem zamkniętym i otwartym.
Zalety pali prefabrykowanych:
•
szybkość wykonania, 200-350 m pali (długość ogółem) dziennie przy zastosowaniu
jednej palownicy;
•
znaczna długość pali, przy zastosowaniu pali łączonych do 40 m;
•
łatwość dostosowania aktualnej długości do lokalnych warunków gruntowych (np.
soczewki słabego gruntu, miejscowe przegłębienia);
•
zastosowanie wysokiej klasy betonu (C40/50) zapewnia dobrą sprężystość pala,
wysoką skuteczność wbijania, trwałość i odporność na zarysowania;
•
wysokiej klasy beton zapewnia odpowiednią szczelność i mrozoodporność oraz
odporność na agresywne działanie wody, gruntu, gazów oraz składowanych
materiałów na składowiskach odpadów;
•
możliwość wykonania pali nachylonych pod dużym kątem;
•
możliwość bieżącej kontroli poprzez pomiar wpędu i lokalną weryfikację zagłębienia
w podłoże nośne;
•
możliwość bieżącej kontroli za pomocą wzorów dynamicznych i badań dynamicznych
(PDA),
•
wykonanie wstępnych badań nośności w celu optymalizacji liczby i długości pali z
zastosowaniem korelacji wyników badań z wzorów dynamicznych, badań
dynamicznych oraz próbnych obciążeń statycznych pali;
•
dobra praca pali na siły wyciągające;
•
możliwość kontroli przez nadzór budowlany - długość pala, przekrój, klasy betonu,
weryfikacji profilu geotechnicznego;
•
stosowane obecnie płaskie obustronne zakończenie pala, z symetrycznym zbrojeniem,
pozwala na dowolność w manewrowaniu i ustawiania pala pod kafarem;
•
wykorzystanie młotów hydraulicznych z osłoną dźwiękoszczelną w znacznym stopniu
ogranicza hałas oraz drgania w czasie wbijania, stwarzając możliwość wykonawstwa
w terenie zabudowanym;
•
"czysty" plac budowy bez wydobywania ziemi;
•
stosunkowo niewiele sprzętu na budowie;
•
duża niezależność od warunków pogodowych;
•
można kontynuować roboty i obciążać pale bezpośrednio po ich wbiciu w podłoże.