22. Pale i fundamenty na palach: rodzaje, zastosowania i technologie.

1. Rodzaje:

1. Pale przemieszczeniowe PN-EN 12699:2002

1. Pale prefabrykowane

1. Betonowe, stalowe, drewniane

2. Wbijane, wwibrowywane, wciskane, wkręcane

1. Pale formowane w gruncie. Formowane z rurą odzyskiwaną lub pozostawianą w gruncie

1. Pale Franki

2. Pale BSP

3. Pale Fundex

4. Pale Vibrex

1. Pale wiercone PN-EN 1536:2001

1. Formowane z betonu lub żelbetu w gruncie, w otworze wywierconym lub wykopanym pod osłoną rury lub bez niej.

1. Pale wielkośrednicowe

2. Pale Wolfsholza

3. Barety

4. Pale CFA

5. Pale Starsol

6. Pale CFP

7. Pale Soilex

8. Pale Tubex

9. Pale Atlas

1. Zastosowanie(„W celu zaprezentowania szerokiego zakresu możliwości zastosowania posadowienia na palach przedstawiono róźne rodzaje konstrukcji spełniające różne funkcje w przekazywaniu obciążeń na podłoże”¹):

1. Posadowienie na pojedynczych palach stalowych mola spacerowego w Międzyzdrojach

2. Posadowienie na palach drewnianych mola spacerowego w Sopocie

3. Posadowienie podpory wiaduktu drogowego na obwodnicy Gdańska

4. Posadowienie podpory wiaduktu drogowego na autostradzie A1

5. Posadowienie mostu im. Jana Pawła II w Gdańsku na palach wierconych wielkośrednicowych z iniekcją pod podstawą

6. Posadowienie podpory mostu nad Nogatem w miejscowości Kępki na stalowych palach rurowych , z iniekcją pod podstawą

7. Posadowienie budynku dydaktycznego na palach Atlas na terenie Politechniki Gdańskiej

8. Posadowienie na palach CFA zespołu budynków mieszkalnych w Gdańsku Wrzeszczu

9. Posadowienie na palach żelbetowych prefabrykowanych i stalowych rurowych wbijanych pirsu spacerowego w Gdańsku

10. Posadowienie na palach żelbetowych prefabrykowanych budynku piekarni w Gdańsku

11. Posadowienie na palach Vibro – Fundex podpory mostu na trasie autostrady A1

12. Posadowienie na palach żelbetowych prefabrykowanych nasypu drogowego na trasie autostrady A2

13. Wzmocnienie za pomocą pali wykonanych w technologii iniekcji strumieniowej (jet grouting) fundamentów Dworku Młyniska w Gdańsku

14. Posadowienie na palach wielkośrednicowych wierconych z iniekcją pod podstawą fundamentu pylonu hali sportowo – widowiskowej na granicy Gdańska i Sopotu

15. Posadowienie na palach budynków wysokich, zastosowanie fundamentów płytowo – palowych.

„Fundamenty palowe stosujemy przede wszystkim w następujących przypadkach:

1. gdy w górnych, przypowierzchniowych obszarach podłoża zalegają grunty o małej nośności i dużej odkształcalności (np. torfy, namuły, gytie, luźne nasypy, stare odpady komunalne),

2. zachodzi potrzeba przemieszczenia dużych obciążeń skupionych w postaci sił pionowych, poziomych, momentów, i/lub ich kombinacji (np. podpory mostów, obiekty budownictwa hydrotechnicznego, morskiego i pełnomorskiego, wysokie budynki, obiekty typu wieżowego),

3. warunki konstrukcyjne i/lub eksploatacyjne wymagają ograniczenia bezwzględnej wielkości osiadań lub różnicy osiadań,

4. posadowienie obiektów na terenach starych odpadów komunalnych, przemysłowych (np. obiekty handlowe, hale produkcyjne, estakady drogowe),

5. zachodzi potrzeba stabilizacji skarp, zboczy, uskoków naziomu, nasypów na podłożu odkształcalnym,

6. jako obudowa głębokich wykopów, garaży podziemnych, torowisk poniżej powierzchni terenu,

7. dla potrzeb wzmocnienia istniejących fundamentów w wyniku ich uszkodzenia, lub w celu przeniesienia zwiększonych obciążeń, lub dla przekazania obciążeń na głębsze obszary podłoża.”²

1. Technologie:

1. Pale prefabrykowane

Parametry:

• pale pełne o przekroju 25x25 – 40x40 (co 5 cm),

• pale w postaci rur z dnem zamkniętym lub otwartym, średnica do 80cm, długość do 36m,

• korzystne jest wykorzystanie betonu o b. dużej wytrzymałości i wysokowartościowej stali żebrowanej,

• w ostatnich latach powrót do praktyki-nowe technologie.

Zalety:

• szybkość wykonania (200-350 mb/dzień/palownica),

• znaczna długość (do 40m – pale łączone),

• łatwość dostosowania aktualnej długości do warunków gruntowych,

• wysokiej klasy beton – dobra sprężystość, duża skuteczność wbijania, trwałość i odporność na zarysowania, odpowiednia szczelność, mrozoodporność, odporność na agresywne działanie wody, gruntu, gazów (np. składowiska),

• czysty plac budowy (bez wydobywania i wywożenia gruntów),

• duże zakresy pochylenia pali,

• bieżąca kontrola - pomiar wpędu i weryfikacja zagłębienia w podłoże nośne oraz kontrola za pomocą wzorów i badań dynamicznych (PDA),

• kontynuacja robót i obciążenie pali bezpośrednio po ich wbiciu,

• dobra praca na wyciąganie,

• klarowna kontrola nadzoru-długość pala, beton, wpęd, profil,

• niezależność od warunków atmosferycznych,

• wykorzystanie młotów z osłoną dźwiękoszczelną – tereny zabudowane.

Wady:

• drgania podłoża przenoszone na sąsiednie obiekty

1. a) Pale Franki

Formowane w gruncie w rurach pogrążanych udarowo

• średnica 35, 40 i 50 cm, długość średnio do 12m (18m)

Wykonanie:

• w rurze wilgotna mieszanka betonowa zagęszczana młotem w kształcie cygara o masie 2,5-5 t i średnicy mniejszej o 15 cm od rury

• mieszanka betonowa zagęszcza się i klinuje tworząc korek, który wbija rurę w grunt

• na wymaganej głębokości wybija się korek betonowy poniżej – poszerzona podstawa pala

• do rury wkłada się kosz zbrojeniowy i formuje trzon pala dosypując mieszankę betonową, ubijając ją podciąga się rurę do góry, młot ubija mieszankę wewnątrz zbrojenia

Zalety:

• duża nośność

• dobre w gruntach niespoistych, zagęszczenie przy wykonawstwie

Wady:

• hałas i drgania w czasie wykonawstwa szkodliwe dla sąsiednich obiektów,

• duży nakład robocizny

• obecnie rzadko stosowane

2. Pale BSP

Odmiana pali Franki. Formowane w gruncie z użyciem traconych rur osłonowych, zamkniętych od dołu przyspawaną blachą, pogrążanych udarowo

• średnice rur wg tabeli:

Średnica rury w mm	Minimalna grubość rury w mm	Masa młota t	Udźwig pala kN
254	3.3	0.75	150 – 200
305	3.3	1.2 – 1.8	300 – 400
356	3.3	2.0 – 2.7	400 – 550
406	3.7	2.5 – 3.5	500 – 650
457	4.0	3.0 – 4.0	650 – 750
508	4.5	4.0 – 4.5	800 - 1000

Wykonanie:

• w rurze wilgotna mieszanka betonowa zagęszczana młotem w kształcie cygara o masie 0,75 - 54,5 t i średnicy mniejszej o 15 cm od rury

• mieszanka betonowa zagęszcza się i klinuje tworząc korek, który wbija rurę w grunt

• rurę wypełnia się mieszanką betonową

Zalety:

• stosowane w miejscach niedostępnych dla ciężkich maszyn

• stosowane w szczególnych warunkach wykonawstwa np. na torowiskach kolejowych

Wady:

• hałas i drgania w czasie wykonawstwa szkodliwe dla sąsiednich obiektów,

• duży nakład robocizny

• prymitywna technologia przydatna przy małej liczbie pali

2. Pale Fundex

Formowane w gruncie przy użyciu rury obsadowej pogrążanej i równocześnie pokręcanej, zamkniętej od dołu traconą końcówką o średnicy 52 - 65cm.

Najczęstsze średnice trzonu: 457mm i 508mm, długość do 25m, nachylenie 5:1.

Do pogrążania rury siłą nacisku 200kN i moment obrotowy 120-500kNm.

Wykonanie:

• rurą z końcówką wkręca się lub wbija w grunt,

• na wymaganej głębokości do rury wstawia się zbrojenie i wypełnia mieszankę betonową,

• przy wyciąganiu rury, nad pozostawioną końcówką (butem) formuje się powiększona podstawa i trzon.

Zalety:

• rozpychanie gruntu na boki w czasie głębienia – poprawa nośności na pobocznicy

• brak wynoszenia gruntu na powierzchnią

• stalowa podstawa daje duży opór przy małych osiadaniach

2. Pale Vibrex

Formowane w gruncie jak pale Fundex. Dodatkowo do wykonania pala stosuje się specjalny wibrator w celu poszerzenia podstawy.

Wykonanie:

• rur z końcówką wbija się lub wwibrowuje w grunt,

• na wymaganej głębokości do rury wstawia się zbrojenie i wypełnia mieszanką betonową,

• rur podciąga się na wysokość 1,5-3,0 m, uzupełnia betonem i zamyka od góry,

• rur wbija się do poprzedniej głębokości – rozepchnięcie betonu i gruntu – powstaje poszerzona podstawa,

• operację można powtarzać kilkakrotnie dobijając coraz płycej – poszerzony trzon na określonej długości

Zalety:

• bardzo dobra nośność przy bardzo małym osiadaniu,

• brak wynoszenia gruntu na powierzchni

Wady:

• przy wbijaniu występują lekkie drgania podłoża

1. C. a) Pale wielkośrednicowe

Formowane w otworach rurowanych lub w zawiesinie bentonitowej. Rury grubościenne o średnicy 0,6 – 1,8 m, długość do 28m, pochylenie 7:1. Wiercenie – świdry kubłowe lub spiralne, kruszenie – dłuta, czasem wybieraki dłutowe lub chwytaki. Rury – zapewnienie stateczności ścian otworu i niedopuszczenie do rozluźnienia gruntu. W rurze wymagane jest cały czas nadciśnienie wody min o 3m względem gruntu (w innym przypadku zassanie gruntu przez świder).

Wykonanie:

• zagłębianie odcinka rury z jednoczesnym wydobywaniem z niej gruntu na żądaną głębokość

• wstawia zbrojenie w kształcie kosza i rozpoczyna się betonowanie

• betonowanie metodą kontraktor, mieszanka o konsystencji ciekłej, z kruszywa naturalnego

• w miarę postępu betonowania podciąga się do góry rurę obsadową i demontuje

• można stosować naprężenie podstawy – zwiększenie nośności

Zalety:

• zastosowanie w każdych warunkach gruntowych

• przenoszenie dużych obciążeń

Wady:

• potrzebne są urządzenia o dużej mocy

2. Pale Wolfholza

Wciskane w grunt rury obsadowej z jednoczesnym wybieraniem urobku. Średnica pali: ø36m, ø40cm i ø50cm, długość do 17m. Wiercenie wykonywane ręcznie (trójnóg) lub maszynowo (wiertnica).

Wykonanie:

• rurę obsadową wciska się w grunt jednocześnie wybierając urobek

• na wymaganej głębokości do rury wstawia się kosz zbrojeniowy i zamyka szczelną głowicą

• przez głowicę tłoczy się powietrze, by wypchnąć z rury wodę

• podanie mieszanki betonowej przez głowic i rurę obsadową

Zalety:

• wykonywane w miejscach trudno dostępnych dla maszyn

• mała uciążliwość dla otoczenia

Wady:

• praktycznie nie wykonywane

2. Barety

Włączone do pali wg podziału PN-EN 1536;2001. Powszechnie stosowana w miejsce pali wielkośrednicowych. Początkowo stosowane w metodzie stropowej jako fundamenty słupów tymczasowych. Chwytaki: długość 2,5 – 2,8 m, szerokość 0,6 lub 0,8 m

Wykonanie:

• jak pojedyncze sekcje ścian szczelinowych

Zalety:

• wykorzystanie sprzętu i zaplecza do głębienia ścian szczelinowych,

• w przypadku mostów i wiaduktów prostokątny kształt stwarza korzystne warunki do przenoszenia obciążeń poziomych (w jednym kierunku znaczna sztywność przekroju, w drugim duża pow. przekazu sił na grunt),

• łatwiejsze i szybsze w budowie niż rurowane pale wielkośrednicowe

Wady:

• potrzebna wytwórnia zawiesiny,

• brudne wykonawstwo

2. Pale CFA

CFA-Continous Flight Auger, nazywane dawniej FSC, większość wykonywanych w kraju pali o średnicach do 0,8m. Średnice: 0,4-1,2m (głównie 0,6 i 0,8m), głębokość do 30m. Na podstawie doświadczeń krajowych można przyjmować nośności graniczne: 900kN - φ 50cm, 1400kN - φ 60cm, 2000kN - φ 70cm, 2400kN - φ 80cm.

Wykonanie:

• wkręcenie ciągłego świdra ślimakowego na żądaną głębokość – częściowe rozpychanie gruntu

• podciąganie świdra bez obracania z równoczesnym wtłaczaniem mieszanki betonowej przez rurę rdzeniową

• w ciekłą mieszankę wprowadza się zbrojenie (kosze, wiązki prętów, sztywne profile walcowane), wciskanie zbrojenia do głębokości uzasadnionej względami technicznymi

Zalety:

• bardzo duża wydajność robót

• możliwość pokonania dużych oporów

• wszystkie rodzaje gruntu, bez rurowania otworu

Wady:

• wykonanie tylko pali pionowych

• częściowe wynoszenie gruntu na powierzchnię – rozluźnienie gruntu

2. Pale Omega

Odmiana pali CFA o specjalnej konstrukcji świdra – pełne przemieszczenie gruntu na boki z dogęszczeniem w czasie wkręcania. średnice: 31 – 61cm, długość do 32m, nachylenie 3:1

Wykonanie:

• wkręcenie ciągłego świdra ślimakowego na żądaną głębokość – częściowe rozpychanie gruntu

• podciąganie świdra bez obracania z równoczesnym wtłaczaniem mieszanki betonowej przez rurę rdzeniową

• w ciekłą mieszankę wprowadza się zbrojenie (kosze, wiązki prętów, sztywne profile walcowane), wciskanie zbrojenia do głębokości uzasadnionej względami technicznymi

Zalety:

• przemieszczenie i dogęszczenie podłoża, również wtórne przy podnoszeniu (odwrotne ustawienie łopatek dolnej i górnej)

• brak wynoszenia gruntu na powierzchnią

• zmienna średnica i zróżnicowany skok świdra - pokonanie dużych oporów

• korzystna zależność obciążenie osiadanie

Wady:

• wymagane maszyny o dużej sile nacisku na świder i momencie obrotowy

2. Pale Starsol

Rozwinięcie metody CFA.

Wykonanie:

• wkręcenie ciągłego świdra ślimakowego na żądaną głębokość – częściowe rozpychanie gruntu

• podciąganie świdra bez obracania, końcówka przewodu rdzeniowego dociskana jest do gruntu pod podstawą pala – przeciwdziałanie rozluźnieniu

• w ciekłą mieszankę wprowadza się zbrojenie (kosze, wiązki prętów, sztywne profile walcowane), wciskanie zbrojenia do głębokości uzasadnionej względami technicznymi

Zalety:

• bardzo duża wydajność robót

Wady:

• wykonanie tylko pali pionowych

• częściowe wynoszenie gruntu na powierzchnię – rozluźnienie gruntu na pobocznicy

g) Pale CFP

CFP – Cased Fligt Auger, połączenie pali CFA i tradycyjnych pali wierconych. Wiercenie świdrem ślimakowym z jednoczesnym wkręcaniem rur osłonowych. Kierunki ich obrotu są przeciwne.

Wykonanie:

• wkręcenie ciągłego świdra ślimakowego i rur osłonowych

• gdy długość rury krótsza od pala to do końca dowiercenie samym świdrem

• podciąganie świdra bez obracania przy jednoczesnym betonowaniu

• w ciekłą mieszankę wprowadza się zbrojenie (kosze, wiązki prętów, sztywne profile walcowane), wciskanie zbrojenia do głębokości uzasadnionej względami technicznymi

Zalety:

• większa pewność wykonania pala

• lepsze wprowadzenie zbrojenia w beton

Wady:

• wykonanie tylko pali pionowych

• częściowe wynoszenie gruntu na powierzchnię – rozluźnienie gruntu

h) Pale Soilex

Połączenie metody CFA i metody wykonywania pali z rozszerzoną komorą nad podstawą pala

Wykonanie:

• wkręcenie ciągłego świdra ślimakowego

• podciąganie świdra bez obracania przy jednoczesnym betonowaniu

• w ciekłą mieszanką wprowadza się zbrojenie wraz z komorą, wciskanie zbrojenia do końca pala

• tłoczenie iniektu o ciśnieniu 0,5 - 3,0MPa do komory

Zalety:

• zwiększona nośność w stosunku do CFA

• dobra praca od początku obciążenia

• pełne wykorzystanie warstwy nośnej przy niewielkim zagłębieniu

Wady:

• wykonanie tylko pali pionowych

• częściowe wynoszenie gruntu na powierzchnię – rozluźnienie gruntu

i) Pale Tubex

Pale wkręcane z równoczesnym wciskaniem – trzon z rury stalowej ( 22-46cm) i stożkowej metalowej podstawy ( 30-76cm z uzwojeniem spiralnym).

Wykonanie:

• pogrążanie pala z jednoczesnym podpłukiwaniem zaczynem cementowym w dolnej części – powstaje otoczka z mieszaniny zaczynu i gruntu wokół pobocznicy

• wypełnienie trzonu pala betonem lub betonem zbrojonym

Zalety:

• wykonywane w miejscach o ograniczonej wysokości

• uzyskanie znacznie większej średnicy roboczej pala niż wymiar nominalny

Wady:

• zalecane w gruntach niespoistych

• duży koszt z powodu traconej podstawy i rur

j) Pale Atlas

Formowane w gruncie przy użyciu wkręcanej rury wyposażonej na końcu w zewnętrzne uzwojenie, nacinające w gruncie spiralne poszerzenie członu. Od dołu rura zamknięta jest traconym stożkiem. Przekrój pala określają dwie średnice: Dc - korpusu uzwojenia i Df - zewnętrzna uzwojenia. W Polsce wykonywane pale o wymiarach Dc/Df: 36/53, 46/67, 51/72 i 56/81.

Wykonanie:

• rur z końcówką wkręca się i wciska w grunt (opory daj informacje o gruncie)

• na wymaganej głębokości do rury wstawia się zbrojenie i betonuje na sucho

• przy wykręcaniu rury nacięcia w gruncie wypełnia beton – karbowana pow. pobocznicy

Zalety:

• bardzo dobra praca w podłożu gruntowym

• pełne przemieszczenie gruntu w podstawie i na pobocznicy, brak przemieszczenia gruntu do powierzchni

---

1. K.Gwizdała „Fundamenty Palowe. Technologie i obliczenia.” Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2010↩

2. http://www.pg.gda.pl/~tbrzo/pliki/Proj_fund_na_palach.pdf K.Gwizdała↩