geoinżynieria
geoinżynieria
Kolumny żwirowe,
pale zagęszczające
formowane metodą Franki
ostatnich latach obserwujemy duże zapotrzebowa-
nie na wykonawstwo specjalistycznych posadowień
Wpośrednich. 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 PODA
OŻY BUDOWLANYCH
II. INŻYNIERYJNE WZMOCNIENIE PODA
OŻY 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.
62 GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 01/2007 (12)
geoinżynieria
geoinżynieria
CI KIE UBIJANIE
1 DYNAMICZNE ZAG SZCZANIE GRUNTÓW METODY IMPULSOW E PALE PIASKOWO WIROWE
MIKROW YBUCHY
METODY WIBRACYJNE
(poduszki piaskowe i wirowe; wbijanie t ucznia;
P YTKA WYMIANA
lekkie wype nienie; mieszanie gruntu ze spoiwami)
(kolumny-pale wirowe, kamienne betonowe, cementowo-
G BOKA WYMIANA
wapienne; wg bne mieszanie gruntu)
2 WYMIANA GRUNTU
WIBROWYMIANA
(nisko- i wysokoci nieniowa strumieniowa)
INIEKCJA
(kotwy, pale, gwo dzie, zag szczanie g bokie)
MECHANICZNE
3 USZCZELNIENIE I WZMOCNIENIE GRUNTU CHEMICZNE
FIZYKOCHEMICZNE
( przepuszczalne i nie przepuszczalne)
GEOSYNTETYKI
ZBROJENIE SZKIELETOWE
4 ZBROJENIE O RODKA GRUNTOWEGO
PALE
ZBROJENIE
MIKROPALE
,,PR TOW E''
KOTWY (INIEKCJA)
WST PNE
BALASTOWANIE
(poziome i pionowe; m.in. pale piaskowe i wirowe)
DRENY
PREKONSOLIDACJA O RODKA GRUNTOWEGO
5
ELEKTROOSMOZA
ODWODNIENIE
G BOKIE
Tab. 1. Geoinżynieryjne metody modyfikujące właściwości fizyko-mechaniczne gruntów
Kolumny żwirowe i kamienne impulsową z jednoczesnym (podstawowym lub uzupełniającym)
Wyróżnione powyżej prace można wykonywać z zastosowa- spełnianiem funkcji drenażu pionowego (konsolidacyjnego).
niem wielu odmiennych merytorycznie technologii. Są to ko-
lumny wykonywane technikami wibracyjnymi (wibroflotacja, Technologia Franki
głowice wibracyjne z zastosowaniem sprężonego powietrza), Pale Franki wykonywane są zgodnie z jedną z najstarszych
pale wiercone z wypełnieniem odwiertów wapnem niegaszo- znanych i uznanych technologii pali formowanych w gruncie od
nym, jak i pale formowane metodą dynamiczną (żwirowo- lat 30. ubiegłego wieku. Istnieje wiele modyfikacji różniących się
-piaskowe pale Franki). Kolumny wykonywane technikami tak sposobem wykonania, jak i stosowanym materiałem wypeł-
wibracyjnymi mają wiele zalet, z których najważniejszą jest niającym, m.in. żelbetowe, betonowe, żwirowe, piaskowe.
relatywnie wysoka wydajność. Wibroflot z głowicą wibracyjną Są to pale formowane metodą dynamiczną w grubościen-
jest stopniowo opuszczany na żądaną głębokość, a sam proces nych stalowych odzyskiwanych rurach obsadowych. Pozwalają
wspomagany jest strumieniem wody lub powietrza pod dużym w jednym cyklu technologicznym na wykonanie szeregu róż-
ciśnieniem. Następnie przy pomocy zasypnika śluzowego po- nych zadań: pali żelbetowych (w tym szczególnie efektywne
dawane są kolejne porcje kruszywa. Wibroflot ruchami posu- dla konstrukcji wyrywanych, np. słupy elektro-energetyczne
wisto-zwrotnymi zostaje wyciągnięty, po drodze wbudowując i maszty stalowe), pali żwirowych i żwirowo-piaskowych (głę-
i zagęszczając materiał kamienny. Uzyskana średnica trzo- boka wymiana i ulepszenie podłoża gruntowego) oraz na od-
nu jest tym większa, im słabszy grunt otacza wibroflot. Pod- wodnienie terenu (dreny pionowe żwirowe, w tym osłonie
stawowym przeciwwskazaniem dla wykonania wibroflotacji, przeciw kolmatacyjnej z włókniny geotechnicznej oraz tradycyj-
czy w ogóle stosowania technik wibracyjnych jest obecność ne studnie odwodnieniowe).
słabych gruntów wrażliwych strukturalnie i nasyconych
wodą (grunty pylaste, namuły, aluwia). Całkowite narusze- Cechy wykonawstwa
nie ich struktury naturalnej (upłynnienie) nie zawsze rekom- Poniżej przedstawiono uwarunkowania metody podstawowej
pensowane jest wytrzymałością wbudowanego kruszywa, z wykorzystaniem mieszanki żwirowo-piaskowej. Do elemen-
co powoduje, że efekt metody może być mniejszy od ocze- tarnych czynności roboczych należą:
kiwanego. Zaletą pali wypełnionych wapnem niegaszonym  najazd kafara na wyznaczony geodezyjnie punkt i centrowa-
jest skuteczne osuszenie i wzmocnienie stwardniałego grun- nie rury obsadowej;
tu (proces hydratacji i egzotermiczny w czasie wiązania oraz  wykonanie na dnie rury suchego żwirowego (lub żwirowo-
2 3,5 krotne powiększenie objętości własnej, rozpierające do- -cementowego) korka o wysokości ok. 2. średnic rury, wstęp-
datkowo otoczenie gruntowe). Wadą metody jest relatywnie ni- ne zagęszczenie lekkimi udarami młota;
ska wytrzymałość kolumn  szczególnie na siły poziome. Pale  zagłębianie rury obsadowej swobodnie spadającym wewnątrz
wapienne nie pracują na ścinanie. niej młotem, uderzającym w korek do momentu uzyskania
W świetle klasyfikacji ogólnej (tab. 1) żwirowo-piaskowe prze- wymaganego zagłębienia;
mieszczeniowe pale Franki można zakwalifikować w systematy-  pomiar standardowego wpędu końcowego  e (przemieszcze-
ce jako naturalnie ulepszające podłoże gruntowe przy pomocy nie rury pod wpływem 1. uderzenia młota z wysokości 1 m)
mechanicznej głębokiej dynamicznej wymiany gruntu metodą  podwieszenie rury obsadowej do wieży kafara;
GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 01/2007 (12) 63
geoinżynieria
geoinżynieria
100
 wybijanie korka i stopniowe formowanie powiększonej  bazy ;
 stopniowe (porcjami) zasypywanie rury kruszywem, formo- 90
wanie trzonu pala lekkim pobijaniem młota z jednoczesnym
80
podciąganiem rury.
70
Uwaga: W przypadku wykonania pali do powierzchni terenu
60
ze względów technologicznych górna (głowicowa) część (do ok.
50
50 cm p.p.t.) jest rozgęszczona. Dlatego obligatoryjnym zbiegiem
40
wykańczającym prace jest dogęszczenie powierzchniowe z zasto-
sowaniem średniej lub ciężkiej zagęszczarki płytowej lub walca
30
wibracyjnego. Stopa pala powinna być zagłębiona na ok. 50 cm
20
w warstwie nośnej, co ustala się przy pomocy pomiaru wpędów.
10
Po analizie parametrów II stanu granicznego (osiadania) możliwe
0
jest uzasadnione obliczeniowo wykonanie pali krótszych i opar-
0,01 0,1 1 10 100
tych w warstwie częściowo nośnej, tzw. pali  wiszących .
rednica ziarna "d" [mm]
Rys. 1. Zalecane (optymalne i graniczne) krzywe uziarnienia dla kruszyw
Podstawowe wady i zalety
stabilizowanych mechanicznie
Oprócz uniwersalności zastosowań, do podstawowych zalet
należą m.in.:
 możliwość bieżącej dynamicznej kontroli nośności (pomiar i miękkoplastycznych gruntów spoistych; w tym przypadku
wpędów), co pozwala na wykonawstwo robót w słabo rozpo- dodatkowe  ulepszenie podłoża może nie być znaczące,
znanym podłożu oraz szybką efektywną korektę długości pali więc wykonane pale stanowią czystą  głęboką punktową wy-
w przypadku wystąpienia lokalnych anomalii geologicznych; mianę gruntu .
 możliwość wykonania pali z tzw. pustym przebiciem do dowol- Można stwierdzić, że optymalnym inżynieryjnie zakresem sto-
nej głębokości, co pozwala na póz
niejsze jednoetapowe wyko- sowania żwirowo-piaskowych pali Franki są stosunkowo nie-
nanie wykopu zasadniczego bezpośrednio z rzędnej terenu; wielkie zakresy robót o wymaganej i gwarantowanej skuteczno-
 duża efektywność ekonomiczna (m.in. korzystny dla uzyska- ści, w szczególności: strefy przyczółkowe budowli drogowych,
nej nośności wpływ poszerzonej  bazy pali oraz skuteczne ulepszenie w miejscu usytuowania lokalnych soczewek słabych
dogęszczanie w trakcie robót otoczenia gruntowego  do ok. i nawodnionych gruntów o zróżnicowanej miąższości, wzmoc-
1,5 średnicy pala); nienie (usztywnienie) jedynie lokalnie słabszej części podłoża
 mała wrażliwość na przeszkody naturalne (kamienie, stare gruntowego pod obiektami o posadowieniu bezpośrednim,
fundamenty itp.); m.in. wzmocnienie stref dylatacyjnych, obciążonych ponad
 wysoka jakość robót związana z możliwością dobrego bieżą- standardowo fragmentów płyt i oczepów, np. pod klatki scho-
cego monitoringu wielu parametrów wykonawczych. dowe, szyby windowe itp.).
Podstawowe wady: Omówione powyżej pale można stosować tak w budownic-
 ograniczona uciążliwość dla otoczenia, chociaż  jak po- twie ogólnym (pod płytami i ławami fundamentowymi), jak
twierdziły to wielokrotne pomiary sejsmo-dynamiczne  bez i drogowo-mostowym. W pierwszym przypadku stosujemy ra-
praktycznego zagrożenia obiektów budowlanych (zanikające czej pale krótkie (3 4 m) w niewielkich rozstawach osiowych
z odległością drgania mają charakter impulsowy nie harmo- (r =160 170 cm), w drugim podstawą są uwarunkowania eko-
niczny i są doskonale znoszone przez obiekty budowlane); nomiczne i harmonogramy robót. Oczekując znacząco szyb-
 ograniczone zastosowanie pali konstrukcyjnych i żwirowych szego efektu niewielkie i szybko stabilizujące się osiadania
w przypadku zalegania w podłożu wielometrowych warstw przyjmujemy rozstawy r = 160 180 cm. W przeciwnym  do
gruntów skrajnie słabych, płynnych (IL>0.75), np. słabo roz- r = 200 cm. Powyższe decyzje wpływają bezpośrednio na po-
łożonych torfów, namułów, gytii i innych spoistych nawod- ziom kosztów, powinny być więc racjonalnie rozważone. Na-
nionych gruntów pylastych; leży zwrócić uwagę, że nadmierne zagęszczenie wykonanych
 stosunkowo niska wydajność jednostkowa: jej zwiększenie pali nie prowadzi do znacząco lepszych efektów zagęszcze-
związane jest z koniecznością zastosowania większej ilości nia, gdyż często nadmiar energii wewnętrznej, skumulowanej
maszyn (kafarów). w masywie gruntowym, ujawnia się wypiętrzeniem terenu
o kilkanaście kilkadziesiąt centymetrów. Zbyt rzadkie rozstawy
Zakres przydatności metody w aspekcie pali żwirowych zmniejszają efektywność zagęszczenia i ulepszenia. Uniwersal-
i żwirowo-piaskowych ną pozostaje drenująca funkcja pali, dzięki której nawet jeżeli
Uwzględniając uwarunkowania technologiczne, żwirowe pale osiadania nasypów są większe, niż wstępne oczekiwania, to
Franki są technologią uniwersalną. Za optymalny można uznać stabilizują się w okresie niewiele dłuższym od zakończenia for-
następujący zakres zastosowania: mowania tych nasypów.
 luz
ne grunty niespoiste lub mało spoiste;
 wszelkiego rodzaju nasypy niebudowlane o zróżnicowanym Materiał
pochodzeniu i składzie, w tym z nierozpoznanymi przeszko- Do wykonania żwirowo-piaskowych pali Franki nadają się
dami (resztki betonu, stare fundamenty, gruz itp.); w zasadzie wszelkie grunty niespoiste. Jednak maksymalne
W nasypach w procesie technologicznym uzyskujemy, nie- efekty osiągane są, gdy stosuje się kruszywo różnoziarniste
kiedy znaczące, dodatkowe ulepszenie przestrzeni między i mało zapylone (zaglinione), które ogólnie można zakwalifiko-
palami  osiągamy więc efekt nie tylko głębinowej punktowej wać jako pospółka. Ekonomicznie optymalnym jest stosowanie
wymiany gruntu, ale i istotnego ulepszenia parametrów mecha- kruszywa pozyskiwanego bezpośrednio w pobliskich żwirow-
nicznych podłoża istniejącego. niach (bez dodatkowego uzdatniania). Dopuszczalna krzywa
 w nieco mniejszym zakresie dotyczy to także plastycznych przesiewu (rys.1) wydaje się bardzo tolerancyjna, a stworzo-
64 GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 01/2007 (12)
Przechodzi przez sito [%]
geoinżynieria
geoinżynieria
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. Wskaz
nik piaskowy: WP e" 35
3. Wskaz
nik różnoziarnistości (niejednorodności uziarnienia):
U e" 5, gdzie U = d60/d10 (d60 i d10  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 niach gruntu  in situ w szczególności, oczywistym jest wyko-
zasypywany do pojemnika podawczego ręcznie, wystarczy rzystanie przy analizie wyników uwarunkowań statystycznych.
miksowanie w trakcie napełniania pojemnika odpowiedniej Kuriozalnym jest np. przypadek z własnej praktyki budowlanej
proporcji kruszywa kwalifikowanego (płukanego) z piaskiem, piszącego negowanie przez Inspektora Nadzoru prawidłowego
t.j. wykonanie tej czynności jako zabiegu technologicznego bez- ulepszenia całego podłoża na podstawie kilku jednostkowych
pośrednio na placu budowy. (i to  w przelocie ) niezadowalających wyników lokalnych.
Za szczególnie przydatne do badań jakości wykonania ko-
Badania, kontrola, wymagania odbiorcze lumn i pali żwirowych można uznać wszelkie sondowania
Kontroli i stosownym badaniom podlegają tak używane i badania in situ. Należy jednak mieć na uwadze, że interpre-
materiały (kruszywa), jak i wykonane kolumny (pale). Do- tacja wyników wymaga dużego doświadczenia i powinna być
starczane kruszywo podlega każdorazowo kontroli wstępnej powierzona osobom posiadającym odpowiednią praktykę za-
(wizualnej), która pozwala na stwierdzenie składu granulo- wodową. Chodzi tu o umiejętne uwzględnienie wpływu tarcia
metrycznego, zabarwienia, stopnia zapylenia w aspekcie gruntu o żerdzie, głębokości  krytycznej , wpływu wody grun-
ujawnienia ew. odchyleń w stosunku do innych dostaw. Na towej na liczbę uderzeń oraz empirycznych krzywych cechowa-
uzgodnionych zasadach są systematycznie pobierane próbki nia (skalowania) wyników badania. Dobierając metodę, należy
kruszywa (3 5 kg) do wykonania podstawowych badań labo- pamiętać, że o ile w przypadku kontroli wykonanych kolumn
ratoryjnych (krzywe przesiewu, analiza pyłowa) oraz próbki (pali) bardziej przydatne są sondy ciężkie, o tyle dla spraw-
 rozjemcze , przechowywane dla celów ew. badań dodatko- dzenia zmian (stopnia ulepszenia) słabych stref pomiędzy pa-
wych. Próbki powinny być starannie, jednoznacznie opisane lami  wyłącznie sondy lekkie lub średnie. Istniejące metodyki
i zabezpieczone na czas przechowywania i transportu do labo- pozwalają na stosunkowo dobrą ilościowo i jakościowo ocenę
ratorium budowlanego. podłoży niespoistych i mało spoistych.
Przegląd podstawowych metod badań w zastosowaniu W przypadku gruntów spoistych i nawodnionych możliwa
do środowiska gruntowego: jest wiarygodna jedynie ocena jakościowa. Zazwyczaj jest ona
Grunty spoiste: CPT, SS, DP, SPT lub SR oraz pobieranie pró- wystarczająca i na podstawie analizy porównawczej wyników
bek (ocena makroskopowa, badania laboratoryjne) PS, OS badań przed i po procesie ulepszenia przy pomocy kolumn
CS, FYT, PMT, GUC, PIL, DMT lub PMT, GW; (pali) żwirowych pozwala na ocenę efektywności (lub stwier-
Grunty niespoiste: CPT, DP lub SPT oraz pobieranie próbek dzenie jej braku) w przestrzeniach pomiędzy palami. Wszel-
PS, OS, AS, PMT, DMT, GW, PIL, TP, PLT; kie w/w prace kontrolne powinny być ujęte w Specyfikacjach
Pomiary zwierciadła wody gruntowej; Technicznych w postaci Programu Obsługi Jakościowej. Brak
Geodezyjne kontrolne pomiary polowe, m.in. kontrolowanie takiego dokumentu i skrupulatnego przestrzegania zasad
osiadań (repery powierzchniowe, głębinowe, inklinometry). w nim zawartych zazwyczaj z
le rokuje przy czynnościach od-
Gdzie: SR, SS  sondowania bezpośrednie bioru końcowego. Wtedy właśnie psuje się, niekiedy dobra
CPT(U)  sondowania statyczne do tej pory, współpraca wszystkich służb nadzorujących (Inwe-
DP  sondowania dynamiczne, w szczególności: DPL  sonda stor, Projektant, Generalny Wykonawca, Wykonawca).
lekka (10 kg), DPM  sonda średnia (30 kg), DPH  sonda cięż-
ka (50 kg) i DPSH  sonda bardzo ciężka (63,5 kg) Monitorowanie
SPT  sondowania sondą SPT Wszelkie metody punktowej wymiany (ulepszenia) podłoża
PMT  badania presjometryczne gruntowego dają dobrą możliwość bieżącego monitoringu pa-
DMT  badanie dylatometrem gruntów rametrów ich wykonania. W szczególności: rzędnej zagłębienia
FYT  badanie sondą obrotową stopy, jakości poszczególnych warstw gruntu oraz jednoznacz-
PLT  próbne obciążenie płytą nego ujawnienia warstwy nośnej (w przypadku pali Franki 
SE  badania sejsmiczne pomiar wpędów, w innych technologiach  postęp zagłębianej
PS  próbka NNS o nienaruszonej strukturze rury (żerdzi) i oporów przy pogrążaniu, ilości zużytego kru-
CS  próbka rdzeniowa szywa, geodezyjnego pomiaru ew. podniesienia powierzchni
AS  próbka ze świdra spiralnego roboczej (terenu lub wykopu) oraz bieżącego sondowania kon-
OS  próbnik otwarty trolnego w przypadku wątpliwości dotyczących jakości wyko-
TP  próbka z wykopu otwartego (odkrywki badawczej) nywanych robót. Wszelkie prace palowe są robotami docelowo
Uwaga: W związku z naturalnym rozrzutem punktów do- zakrytymi, więc niezbędne jest sporządzanie na bieżąco doku-
świadczalnych przy wszelkiego rodzaju badaniach, a sondowa- mentacji powykonawczej (metryk pali).
GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 01/2007 (12) 65
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, stią zasadniczą staje się przede wszystkim ustalenie nowych, zin-
wykonanego w gruntach skrajnie słabych (torfy, namuły, gytie tegrowanych i uśrednionych parametrów fizyko-mechanicznych
plastyczne i miękkoplastyczne) wyniesie 0,6 d" ID d" 0,7. W po- ulepszonego podłoża. Ponieważ w większości przypadków
zostałych gruntach 0,7 d" ID d" 0,85. Uwaga: W rzędach skrajnych w obiektach posadawianych na ulepszonym podłożu dominują
(zewnętrznych) powyższe parametry mogą być w sposób do- osiowe siły ściskające (płyty żelbetowe, szerokie ławy nasypy
puszczalny nieco niższe, lecz nie mniej, niż ID e" 0,60 (lokalnie itp.) podstawowym parametrem może być moduł ściśliwości
i jednostkowo ID e" 0,50) ogólnej  M  . W przelocie każdej warstwy gruntowej można
o
3. Istotną jest kolejność wykonywanych pali. Nie należy wyko- go statystycznie uśrednić, uwzględniając stosunek powierzchni
nywać ich jednolitym frontem, gdyż wtedy  wypychamy efekt wykonanych pali do powierzchni między palowej. W przypad-
ulepszenia i zagęszczenia na zewnątrz. Zaleca się wykonywanie ku gruntów ulegających ulepszeniu (samozagęszczeniu) można
pali od zewnątrz wzmacnianego obszaru do środka, co drugi, wykorzystać nowe wartości modułów (pozyskane z badań lub
z nieco póz
niejszym wykonaniem pozostałych pali, tj. w otocze- sondowań kontrolnych). Dla gruntów bardzo słabych (głęboka
niu już istniejących. wymiana gruntu) należy przyjąć moduły pierwotne, tj. w stanie
4. Pale należy wykonywać w siatce trójkątów równobocznych niezmienionym. Obliczenia konsolidacyjne powinny uwzględ-
o wyliczonym (przyjętym) rozstawie osiowym  r . Powyższe niać fakt znacznie skróconej drogi filtracji  pale żwirowe stano-
działanie gwarantuje osiągnięcie maksymalnej efektywności ro- wią skuteczny drenaż pionowy.
bót, tj. w miarę równomierne ulepszenie podłoża. Często spoty- Powyższe uwagi dotyczą wszelkich sposobów naturalnego
kane przyjęcie siatki w układzie kwadratu nie jest rozwiązaniem ulepszenia podłoża, tj. przypadku możliwej normalnej redystry-
poprawnym. bucji naprężeń dodatkowych. W przypadku stosowania jakich-
5. Tolerancje odchyłek wykonania pali: kolwiek spoiw cementujących obowiązkowe jest obliczeniowe
 usytuowanie w planie = 50 mm (lokalnie i jednostkowo sprawdzenie wytrzymałości podłoża zastępczego w poziomie
do 100 mm) podstawy ulepszenia z uwzględnieniem ciężaru własnego sce-
 średnica pala  in +  bez ograniczeń;  in -  2 cm mentowanych (scalonych) warstw gruntowych.
Praktyka wykonawcza sugeruje konieczność doświadczalnego
Zasady projektowania sprawdzenia wszelkich tego typu obliczeń, gdyż mają one co
Uwzględniając fakt, że wykonanie pali żwirowych jest najwyżej charakter szacunkowy. Dlatego zdecydowanie zaleca
w sensie merytorycznym traktowane jako zabieg technologiczny, się, po wstępnym wyborze koncepcji i technologii robót, wy-
brak jest ścisłej metodyki obliczeń oraz uwarunkowań normo- konanie na tym etapie  poletka doświadczalnego . Przyjmując
wych. W zależności od budowy hydro-geologicznej, głębokości na wykonywanych próbnie kilkunastu palach różne rozstawy
zalegania warstw słabych oraz oczekiwanego efektu końcowe- osiowe, tworzymy modelowo ulepszone podłoże w skali mikro.
go zastosowane metody obliczeniowe będą różne. Podstawo- Po wykonaniu badań kontrolnych (sondowania) możliwe jest
wym kryterium analizy są uwarunkowania geologiczne. Jeśli sprawne wprowadzenie do projektu wykonawczego stosownych
w podłożu zalegają grunty niespoiste w stanie luz
nym, może- korekt (tak na plus, jak i na minus). Przy okazji sprawdzamy re-
my oczekiwać ulepszenia nie tylko poprzez wykonanie pali, alną wydajność przyjętej technologii, ustalamy faktycznie wyma-
ale i w ich otoczeniu. W wyniku rozporu bocznego oraz zja- gane zagłębienie (długość trzonów) itp. W skrajnym przypadku
wisk dynamicznych wokół pogrążanej zamkniętej dołem rury możemy nawet uznać przyjętą metodę za nieskuteczną w danych
obsadowej podłoże z gruntu niespoistego ulega zagęszczeniu warunkach gruntowych i wycofać ją, ponosząc tylko minimalne
bezpośredniemu oraz pośredniemu (samozagęszczeniu). Po- koszty i chroniąc się przed niepożądanymi konsekwencjami.
dobny, chociaż mniej spektakularny efekt osiągamy w gruntach
spoistych twardoplastycznych, lekko i średnio plastycznych. Przykład stosowania żwirowo-piaskowych pali
W przypadku bardzo słabych, nasyconych wodą gruntów spo- Franki D = 520 mm
istych, organicznych, namułów lub torfów osiągamy wyłącznie Obiekt
efekt punktowej głębinowej wymiany gruntu. W tym przypadku Wysokie (do h = 9,50 m + 1,5 m tymczasowy balast przeciąża-
pale pełnią dodatkowo pożyteczną rolę drenażu pionowego, jący) nasypy w strefach przyczółkowych wiaduktu drogowego
w bardzo istotny sposób przyspieszającego procesy konsolida- nad torami PKP w Bogaczewie na trasie krajowej nr 7 Gdańsk
cji podłoża pod obciążeniem. Rozsądnym projektowo wydaje  Warszawa.
się więc traktowanie ulepszonego podłoża gruntowego jako Budowa geologiczna:
zmienionego zastępczego w stosunku do stanu pierwotnego Ogólnie trudna i zróżnicowana. W lokalnie najgorszej niec-
i traktowanie posadowienia jako bezpośredniego. Wtedy kwe- ce: piasek pylasty luz
ny ID d" 0,4 lub glina piaszczysta miękko-
66 GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 01/2007 (12)
geoinżynieria
geoinżynieria
160
plastyczna IL e" 0,6 do głębokości 1,5 m, poniżej nawodnione
140
grunty zastoiskowe i organiczne- namuły miękkoplastyczne
120
IL e" 0,7 do głęb. 3-4 m, torfy dobrze rozłożone lokalnie
100
do głęb. 5,0 m podścielone piaskami drobnymi średnio zagęsz-
80
czonymi ID e" 0,6.
60
40
Cel robót specjalistycznych: ulepszenie podłoża grunto-
20
wego w stopniu umożliwiającym wykonanie, uformowanie
0
i długoletnią bezawaryjną eksploatację nasypów.
110 log "t" [dni] 100
Rys. 2. Wykres osiadania nasypów budowlanych, Bogaczewo
Próba techniczna
Wobec wielu niewiadomych wydzielono poletko doświad-
czalne i wykonano na etapie wstępnym 15 szt. pali o średni- bości 50 cm (w trakcie palowania została ona skutecznie
cy nominalnej D = 508 mm. Pale rozmieszczono w różnych zagęszczona gąsienicami kafarów);
rozstawach w siatce trójkątnej. Kontrolowano stan podłoża  dla znacznego przyspieszenia procesu wtórnej konsolidacji
przed rozpoczęciem robót (sondowania DPM  30 kg oraz (napięte harmonogramy robót) przyjęto wykonanie w strefie
pomiar poziomu wód gruntowych), zagłębienie pali i uzyski- przyczółkowej nasypów przeciążających h = 1,5 m oraz pro-
wane wpędy, jakość kruszywa (analizy sitowe i pyłowe) oraz wadzenie systematycznych obserwacji geodezyjnych w new-
zużycie jednostkowe kruszywa (efektywność wymiany grun- ralgicznych punktach kontrolnych (repery powierzchniowe
tu). Po okresie podstawowego rozpraszania się nadciśnień i głębinowe);
porowych w gruncie (7 14 dni) przeprowadzono kontrolne  stworzono jednoznaczny dla wszystkich stron (biuro pro-
sondowania dynamiczne, zarówno w osi wykonanych pali, jektów, nadzór inwestorski i geotechniczny, wykonawca
jak i w przestrzeniach pomiędzy nimi. Do ciekawszych spo- robót, dostawca kruszywa, geodeci) system bieżącej i koń-
strzeżeń należą: cowej kontroli jakości oraz odbioru robót;
 nadmierne zagęszczenie siatki pali prowadzi do skutków  przyjęto procedury interwencyjne dla przypadków niestan-
odwrotnych niż zamierzone, w tym: rozgęszczenie (uszko- dardowych;
dzenie) pali już wykonanych przy wykonawstwie pali na-  zakończono i sprecyzowano ostateczne uwarunkowania
stępnych, brak możliwości przyjęcia przez podłoże dodat- ekonomiczne.
kowych porcji kruszywa, skutkujące wypieraniem gruntu w Realizacja robót
górę (lokalne kopułkowate podniesienie terenu o 30 50 cm)  na bieżąco dostosowywano zagłębienie pali (kontrola wpę-
wraz z wyporem nadmiaru wody gruntowej na powierzch- dów), gdyż lokalnie wystąpiły gniazda gruntów słabszych
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
wyraz
nego 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 póz
-
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 e" 62 cm (+20%);
 określono, że dla trzonu pala pojedynczego w zależności od
otoczenia gruntowego osiągnięto zagęszczenie 0,50 d" ID d" 0,75,
w przypadku grupy pali 0,60 d" ID d" 0,85;
 postanowiono roboty wykonywać z powierzchni terenu
po wykonaniu na niej podsypki żwirowo-piaskowej o gru-
GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 01/2007 (12) 67
S
max
[mm]
geoinżynieria
geoinżynieria
o zwiększonej miąższości, zaś w innych strefach pale trzeba zagęszczarki płytowej lub walca wibracyjnego  zabieg ten
było skrócić (warunki korzystniejsze), okazał się bardzo efektywny i skutecznie poprawił uzyska-
 dla zwiększenia wytrzymałości podłoża na ścinanie i wypiera- ny poziom jakości i efektywności robót.
nie boczne wzdłuż nasypu wykonano pale w zmniejszonych
rozstawach, Koszty
 w strefie bezpośrednio przylegającej do żelbetowych ścian Oszacowanie kosztów robót w technologii żwirowo-pia-
przyczółków i dla lepszej pracy wierconych wielkośrednico- skowych pali Franki na stadium  teoretycznym jest trudne.
wych pali konstrukcyjnych (obciążonych siłami bocznymi) Głównym czynnikiem kosztotwórczym jest odległość dostaw
wykonano po dwa rzędy pali Franki z trzonem betonowym i lokalna cena stosowanego kruszywa. Ogólnie, w stosunku
zamiast kolumn żwirowych, do innych metod, można je określić jako umiarkowane (śred-
 zakończono i sprecyzowano ostateczne uwarunkowania eko- nie). Zazwyczaj po ustaleniu z
ródeł pozyskania kruszywa
nomiczne. oferta cenowa potencjalnego wykonawcy jest niezwłoczna
i wiarygodna.
Kontrola jakości
Jako materiał wykorzystano kontrolowaną na bieżąco (krzy- Uwagi ogólne
we przesiewu) pospółkę z pobliskiej kopalni i żwirowni; Przedstawione powyżej uwagi, zalecenia i wnioski (oprócz
od momentu wyczerpania złoża o dobrym naturalnym uziar- uwarunkowań czystko technologicznych w zakresie pali
nieniu stosowano sortowaną mieszankę kruszyw naturalnych Franki) mają charakter uniwersalny i mogą być pomocne przy
0-16 (do 31,5) gat. 2 ( pospółka gruba wg PN-86/B-06712 wszelkiego rodzaju analizach projektowo-wykonawczych dla
z minimalnymi WP > 35 oraz U > 5). kolumn (pali), ulepszających podłoże budowlane w sposób
Ogółem wykonano 60 sondowań dynamicznych (16 DPM naturalny.
30 kg, 44 DPSH 63,5 kg) w trzonach pali i pomiędzy nimi oraz
2 badania sondą krzyżakową typu SL-VT (ścinanie). NORMY
Dodatkowo na styku podstaw pali z gruntami nośnymi incy- 1. PN-81/B-03020 Grunty budowlane. Posadowienie bezpośred-
dentalnie sprawdzano jakość stóp i podłoża z wykorzystaniem nie budowli. Obliczenia statyczne i projektowanie.
próbnika NNS 2. PN-S-02205. Roboty ziemne.
3. BN-88/8932-02 i BN-88/8930-03 Roboty ziemne.
Wnioski końcowe 4. PN-B-06050:1999 Geotechnika. Roboty ziemne. Wymagania
1. Pierwotny stan podłoża gruntowego średnio: gliny piaszczy- ogólne.
ste IL = 0,6-0,7, piaski pylaste ID = 0,4, namuły (torfy) IL e" 0,7. 5. PN-S-96011 Stabilizacja gruntów wapnem dla celów drogowych
2. Końcowy stan podłoża pomiędzy palami średnio: gliny piasz- 6. PN-S- 96012 Podbudowa i ulepszone podłoże z gruntu stabi-
czyste IL = 0,30 (0,20-0,40), piaski pylaste ID = 0,5 (0,45-0,57), na- lizowanego cementem.
muły (torfy) IL = 0,4 (0,30-0,50); po opracowaniu statystycznym 7. PN-B-02481(1998) Geotechnika.
przyjęto ulepszenie (zagęszczenie z odebraniem wody grawitacyj- 8. PN-B-02479:1998 Dokumentowanie geotechniczne.
nej) przestrzeni pomiędzy palami (grunt spoisty) jako ekwiwalent- 9. PN-EN 933-1:2000 Badania geometryczne właściwości kru-
ne wytrzymałościowo pyłom piaszczystym z IL = 0,20-0,25. szyw. Oznaczenie składu ziarnowego. Metoda przesiewania.
3. Uzyskano statystycznie średnie zagęszczenie trzonów 10. PN-78/B-06714/34 Kruszywa mineralne. Badania. Oznacze-
wykonanych pali: ID e" 0,62 w strefie przypowierzchniowych nie zawartości pyłów mineralnych.
namułów (do ok. 3,0 m p.p.t.),ID e" 0,72 w strefie torfów oraz 11. PN-B-11112:1996 Kruszywa mineralne  Kruszywa łamane
ID e" 0,79 poniżej (tym jednostkowo w zależności od otoczenia do nawierzchni dróg.
gruntowego 0,55 < ID < 0,85) 12. PN-B-11113:1996 Kruszywa mineralne  Kruszywa naturalne
4. W znaczący sposób przyspieszono proces konsolidacji do nawierzchni drogowych  Piasek.
podłoża pod obciążeniem (koniec konsolidacji filtracyjnej po 13. PN-B-06721:1987 Kruszywa mineralne  Pobieranie próbek.
ok. 45 dniach) i ograniczono absolutną wielkość osiadań mak- 14. PN-EN 12699:2003 Wykonawstwo specjalnych robót geo-
symalnych do ok. 137 mm (po 74 dniach). Uwaga: przedsta- technicznych. Pale przemieszczeniowe.
wione pomiary geodezyjne (rys. 1) prowadzono już w trakcie 15. PN-B-04452:2002 Geotechnika. Badania polowe.
formowania nasypu, więc okres umownej stabilizacji pod peł- 16. PN-S-02205 Drogi samochodowe. Roboty ziemne. Wymaga-
nym obciążeniem jest w rzeczywistości krótszy, zaś faktyczne nia i badania.
całkowite osiadanie nieco większe. 17. PN-S-06102 Drogi samochodowe. Podbudowy z kruszyw
stabilizowanych mechanicznie.
Ciekawe spostrzeżenia 18. PN-68/S-96031 Drogi samochodowe. Nawierzchnie żwirowe.
W strefie poza wykonanymi palami (nasypy niższe, geo- 19. Dz.U. Nr 63 poz. 735 z 2000 r. W sprawie warunków technicz-
logia lepsza) obserwowano w procesie konsolidacji in- nych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie
tensywny wypływ nadmiaru wody do wzdłużnych rowów i ich usytuowanie.
odwadniających; zjawisko to nie wystąpiło w strefie ulep-
szonej palami. Referat został wygłoszony w trakcie kursu  Wzmacnianie podłoża
Mimo optymalizacji projektowej teren w strefie robót podniósł i fundamentów organizowanym przez Polskie Zrzeszenie Wyko-
się średnio o ok. 30 cm co świadczy, że możliwa była jeszcze nawców Fundamentów Specjalnych
drobna  oszczędnościowa korekta w rozstawach pali tak, aby
podłoże w pełni wykorzystało wbudowywane kruszywo.
Głowice wykonanych pali ulegały technologicznemu roz-
dr inż. Krzysztof Frydrych
gęszczeniu w strefie do ok. 30-50 cm p.p.t.; zalecono ogól-
autor
ne dogęszczenie przy zastosowaniu tradycyjnej ciężkiej
68 GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 01/2007 (12)