02.10.2010r.

8. Fundamenty na palach

8.1. Definicja

Fundamenty na palach są to fundamenty głębokie, w których obciążenia
z budowli przenoszone są przez pale na głębsze warstwy gruntu bardziej wytrzymałe od warstw powierzchniowych.

Fundament na palach składa się z oddzielnych pali połączonych u góry żelbetowym rusztem (podstawą bądź oczepem).

Pale są to podłużne elementy z różnych materiałów o stosunku średnicy (boku) do długości ok. 1 : 20 do 1: 50.

8.2. Elementy konstrukcyjne pali

W palu rozróżnia się:

• głowicę,

• pobocznicę,

• ostrze lub stopę

• wiązkę pali wieńczy u góry ruszt bądź oczep fundamentowy.

8.3. Warunki stosowania

Fundamenty na palach stosuje się:

• gdy w podłożu występują grunty słabe nośne, miękkoplastyczne lub płynne gliny, torfy;

• gdy w podłożu występuje wysoki poziom wody gruntowej, a nie ma możliwości odwodnienia lub koszt odwodnienia jest zbyt wysoki;

• gdy zachodzi potrzeba zabezpieczenia budowli przed osuwiskiem;

• gdy miejsce na fundament jest ograniczone, np. w budownictwie przemysłowym, gdzie potrzeba dużo miejsca na różne instalacje;

• gdy w pomieszczeniu należy wykonać głębokie wykopy np. pod maszyny;

• gdy występują duże obciążenia np. filary mostowe, budownictwo przemysłowe;

• na terenach ze zjawiskami krasowymi lub z nierównym stropem skał niezwietrzonych;

W budownictwie hydrotechnicznym pale czasami stosuje się przy posadowieniu przyczółków jazów. W wyjątkowych przypadkach stosowane są przy posadowieniu zapór drewnianych i betonowych.

8.4 Podział pali pod względem pracy materiału i wykonawstwa

Pale dzieli się pod względem:

• warunków pacy,

• materiału,

• wykonawstwa,

• średnicy.

8.4.1. Podział pali pod względem warunków pracy

Pale pod względem warunków pracy dzieli się na:

• STOJĄCE (słupowe), gdy nośność pala N_t zależy głownie od oporu pod jego stopą Np, np. przy posadowieniu na skale,

• ZAWIESZONE (wiszące), gdy nośność pala zależy prawie wyłącznie od oporu tarcia gruntu wzdłuż pobocznicy pala N_B, długość takich pali powinna być 2-3 razy większa od szerokości rusztu,

• NORMALNE (pośrednie), gdy nośność pala zależy od oporu gruntu pod ostrzem
  i od oporu tarcia wzdłuż pobocznicy pala,

Stosowanie pali ukośnych jest konieczne, gdy obciążenie poziome H przekracza 10% obciążenia pionowego Q lub jest większe od nośności bocznej.

8.4.2. Podział pali pod względem materiału

Ze względu na materiał pale można podzielić na :

• drewniane,

• stalowe,

• betonowe,

• żelbetowe

• kombinowane

8.4.3. Podział pali pod względem wykonania

Pod względem sposobu wykonania pale dzieli się na:

• gotowe

• wykonywane w gruncie

Pale gotowe dzieli się ponadto ze względu na sposób zapuszczania w gruncie na:

• wbijane - drewniane, stalowe, żelbetowe, prefabrykowane, kombinowane,
  Reymonda,

• wwiercane - stalowe, żelbetowe,

• wciskane - Mega,

Pale wykonywane w gruncie można podzielić na:

• wykonywane w otworach wierconych w gruncie (typ Straussa, Wolfsholza, Contraktor),

• wykonywane w otworach wbijanych w gruncie (typ Franki, Simplex, Vibro),

8.4.4 Podział pali ze względu na średnicę

Ze względu na średnicę pale można podzielić na:

• mikropalne - mają średnicę od 5 do 20 cm,

• normalnośrednicowe - maja średnicę 20 -60 cm,

• wielkośrednicowe - powyżej w/w wymiaru (słupy fundamentowe),

8.5. Rozmieszczenie pali pod fundamentem dla obciążeń osiowych i mimośrodowych

Kształt fundamentów wieńczących głowice pali jest podobny do kształtu fundamentów bezpośrednich. Są to:

• ławy,

• stopy,

• ruszty,

• płyty.

Rozmieszczenie pali pod fundamentem zależy od charakteru obciążenia (obciążenie osiowe czy mimośrodowe).

Przy obciążeniu osiowym i mimośrodowym siłami pionowymi, gdzie
(naprężenia krawędziowe) pale rozstawia się równomiernie.

Przy ławach stosuje w zasadzie przynajmniej dwa rzędy pali równoległe do siebie. Pojedyncze rzędy pali pod ławami stosuje się wyjątkowo, albo w przypadku podrzędnych zupełnie budowli, albo też przy użyciu pali o bardzo dużej nośności (np. pali Franki), albo przy istniejących ławach poprzecznych.

Pod stopami pojedynczych słupów stosuje się z reguły co najmniej 3 pale, częściej
zaś 4 i więcej.

Pod rusztami układ pali jest taki sam jak pod ławami, pod płytą zaś układ pali jest zwykle równomierny. Pale pod płytą mogą być rozstawione w wierzchołkach kwadratów, prostokątów lub trójkątów równobocznych. Ten sam układ pali stosowany jest przy blokach fundamentowych.

Przy fundamentach obciążonych siłami pionowymi lecz mimośrodowo
dostosowuje się układ pali do położenia wypadkowej lub tez dopuszcza się niejednakowe obciążenie poszczególnych rzędów pali.

Drugi sposób jest mniej ekonomiczny ze względu na nie wykorzystane nośności wszystkich pali.

Przy konieczności zastosowania pali ukośnych, siły w palach można wyznaczać wykreślnie metoda Culmanna, polegającą na rozkładzie wypadkowej obciążeń na kierunki pali.

23.11.2010r.

8.6. Obliczanie nośności pali i grupy pali

Rozróżnia się nośność pojedynczego pala oraz nośność grupy pali, ponieważ nośność pali nie jest zawsze sumą nośności poszczególnych pali.

8.6.1. Obliczanie nośności pali pojedynczych obciążonych siłą pionową wg stanu
granicznego nośności

8.6.1.1. Wzory podstawowe

Obciążenie obliczeniowe Q_r działające wzdłuż pala powinno spełniać warunek:

Q_r
m∙ N

m - współczynnik korekcyjny przyjmuje się dla fundamentów na palach równy 0,9;
w przypadku oparcia fundamentu na 1 palu przyjmuje się m = 0,70,
na 2 palach m = 0,80,

N - obliczeniowa nośność pala,

Obliczeniowa nośność pala:

• wciskanego N_t

N_t = N_p + N_s = S_p ∙ q^(r) ∙ A_p + ΣS_si ∙ t_i^(r) ∙ A_si

• wciąganego N^w

N^w = ΣS_si ∙ t_i^(r) ∙ A_si

N_p - opór podstawy pala [kN],

N_s - opór pobocznicy pala wciskanego [kN],

A_p - pole przekroju poprzecznego podstawy pala [m²],

A_si - pole pobocznicy pala zagłębionego w gruncie w obrębie warstwy i [m²],

q^(r)- jednostkowa, obliczeniowa wytrzymałość gruntu pod podstawa pala,

t_i^(r)- jednostkowa, obliczeniowa wytrzymałość gruntu wzdłuż pobocznicy pala, w obrębie
warstwy i,

S_p, S_s, S^w - współczynniki technologiczne,

Dla pali betonowych lub żelbetowych wykonywanych w gruncie pod osłoną rury obsadowej jako A_p należy przyjmować pole odpowiadające zewnętrznej średnicy tej rury.

W przypadku pali Franki można uwzględnić poszerzenie podstawy pali, przyjmując zamiast A_p jako pole przekroju poprzecznego wartość 1,75 A_p dla podstawy formowanej w gruncie niespoistym, 1,5 A_p w gruncie spoistym.

W przypadku pali Vibro można przyjmować 1,10 A_p, lecz tylko dla gruntów niespoistych.

W przypadku pali z poszerzona podstawą należy przyjmować do obliczenia pola przekroju A_p średnicę zastępczą równą 0,9 D_r, gdzie D_r odpowiada średnicy poszerzonego otworu.

8.6.1.2. Wyznaczenie wartości q^(r)

Wytrzymałość obliczeniowa gruntu. Wartość jednostkowej obliczeniowej wytrzymałości gruntu pod podstawą q^(r) wyznacza się na podstawie wytrzymałości granicznej q przyjmowanej wg tab. 8.1, w zależności od rodzaju gruntu oraz stopnia jego zagęszczenia L_D⁽ⁿ⁾ dla stopnia plastyczności L_L⁽ⁿ⁾.

Zależność q^(r) na głębokości i średnicy pala. Wytrzymałość pod podstawa pala
q (tabl. 8.1) przyjęto dla głębokości krytycznej h_c = 10,0 m i większej, mierząc od poziomu terenu.

Dla głębokości mniejszych niż h_c należy wartość q wyznaczać przez interpolację liniową, przyjmując wartość zero na pierwotnym poziomie terenu.

W gruntach niespoistych średnio zagęszczonych i zagęszczonych należy uwzględnić wpływ średnicy podstawy pala na h_c wg wzoru;

Dla pali typu Franki i Vibro w tym przypadku należy przyjmować średnicę trzonu pala. Wartość q_i oblicza się zgodnie z rysunkiem

Dla pali wierconych o D> 0,4 m, głębokość krytyczną określona zgodnie ze wzorem należy zwiększyć o 30 % (h_ci = 1,3 h_ci)

Dla pozostałych gruntów (wymienionych w tabel. 8.1) wartości q nie zależą
od średnicy pala i po przekroczeniu głębokości krytycznej h_c = 10,0 m przyjmują wartości stałe niezależnie od głębokości.

8.6.1.3. Wyznaczenie wartości t^(r)

Wartość jednostkowej obliczeniowej wytrzymałości gruntu wzdłuż pobocznicy t^(r) wyznacza się na podstawie wytrzymałości granicznej t przyjmowanej wg tabl. 8.2 zależnie od rodzaju gruntu oraz stopnia jego zagęszczenia I_D⁽ⁿ⁾ lub stopnia plastyczności L_L⁽ⁿ⁾. Przy obliczaniu wytrzymałości obliczeniowej t^(r) należy stosować współczynnik materiałowy gruntu γ_m ≤ 0,9zgodnie z normą określany jak dla L_D lub L_L.

t^(r) = γ_m ∙ t

Dla gruntów bardzo spoistych i zwięzło spoistych można przyjmować do obliczeń wartości t zależnie od wytrzymałości gruntu przy ścinaniu bez konsolidacji i odsączania wody z próbki S_u⁽ⁿ⁾.

Wartości t należy przyjmować dla głębokości 5,0 m i większej, mierząc od poziomu terenu. Na głębokościach mniejszych niż 5, 0 m wartość t należy wyznaczyć przez interpolację między wartościami z tablicy a wartością zero przyjmowana dla pierwotnego poziomu terenu. Wartości t należy przyjmować bez względu na średnicę pala. W przypadku pala wierconego z poszerzona podstawą oddziaływania sił tarcia wzdłuż pobocznicy pala należy pominąć na wysokość 2 średnic poszerzonego otworu (2D_r).

8.6.1.4. Wartości q i t w szczególnych warunkach gruntowych

W gruntach spoistych w stanie miękkoplastycznym o L_L > 0,75 oraz w torfach
i namułach wartości q oraz t (przy tarciu pozytywnym) należy przyjmować równe zeru. Wyjątek stanowią namuły w stanie zwartym i półzwartym w odniesieniu do wartości t.
W przypadku rozwarstwienia ośrodka gruntowego, w którym zagłębiony jest pal, warstwa
lub warstwami gruntu o miąższości większej niż 0,5 m, dla których t = 0, przy obliczaniu nośności pala znak sumy we wzorze obejmuje wartości iloczynów t_i^(r)∙A_si odpowiadające jedynie warstwom leżącym pod najniższą warstwą gruntów nienośnych. Dla takich przypadków wartość q i t należy interpolować od pierwotnego terenu. W przypadku występowania gruntów nienośnych od powierzchni terenu lub w postaci przewarstwień (h_i>0,5m) oraz gdy warstwy te wywołują tarcie negatywne (ujemne) gruntu wartości q i t można interpolować liniowo od obliczeniowego poziomu terenu, leżącego w poziomie stropu warstwy zastępczej. Miąższość warstwy zastępczej leżącej powyżej warstwy nośnej określa się następująco:

gdzie:

γ' - wartość charakterystyczna ciężaru objętościowego gruntu nośnego z uwzględnieniem
wyporu wody,

γ'_i - wartości charakterystyczne ciężarów objętościowych gruntów z uwzględnieniem wyporu
wody w warstwach zalegających powyżej stropu gruntu nośnego,

h_i - miąższość poszczególnych warstw gruntów zalegających powyżej stropu gruntu nośnego

Jeżeli powyżej poziomu pierwotnego wykonano nasyp budowlany (NB) zgodnie z normą, wartości q i t należy interpolować od stropu nasypu budowlanego.

Przy obliczaniu nośności pala wyciąganego należy uwzględniać opór pobocznicy również w warstwach leżących powyżej warstw nienośnych. Wartości q podane w tabeli dla gruntów luźnych i miękkoplastycznych mają zastosowanie, gdy cały pal jest pogrążony w takich gruntach. Jeśli grunty są uwarstwione, należy wykluczyć opieranie podstaw pala o warstwy wymienionych gruntów.

Tarcie negatywne (ujemne) gruntu. W obliczaniu nośności pala należy uwzględnić możliwość wystąpienia tarcia negatywnego wywołanego osiadaniem gruntu względem trzonu pala, zmniejszającego całkowita jego nośność.

Tarcie negatywne może wystąpić w następujących przypadkach:

1. Pal jest wprowadzony w warstwy nośne przez warstwy gruntów nieskonsolidowanych lub luźno usypanych (np. torfy, namuły, grunty spoiste o L_L>0,75, grunty
   niespoiste L_D<0,2 i świeże nasypy), które ulegają osiadaniom pod wpływem własnego ciężaru.

2. Przewidywane jest dodatkowe obciążenie naziomu względnie odwodnienie gruntu zalegającego wokół pala.

Wartość tarcia negatywnego tabel. 8.4

8.6.1.5. Wymagane minimalne zagłębienie pali w gruncie nośnym

Pale należy zagłębiać w grunt nośny na głębokości co najmniej 1,0 m dla gruntów zagęszczonych i zwartych oraz 2,0 m dla gruntów średnio zagęszczonych oraz półzwartych
i twardoplastycznych.

Jeżeli w wartości obliczeniowej wg wzoru

S_p ∙ q^(r) ∙ A_p>0,5 N_t

to taki pal powinien być zagłębiony co najmniej na 1,5 w warstwie, dla której określono wartość q. Warunek ten nie dotyczy podłoża skalnego.

8.6.2. Obliczanie nośności grupy pali obciążonych siłą pionową wg stanu granicznego
nośności

Nośność fundamentów na palach należy obliczać przenosząc całe obciążenie fundamentu wraz z jego ciężarem własnym wyłącznie na pale, bez udziału oczepu zwieńczającego pale.

1. Nośność grupy pali równa się sumie nośności pali pojedynczych niezależnie
   od ich rozstawu, w następujących przypadkach:

• pale opierają się na skale,

• dolne końce pali są wprowadzone na głębokości co najmniej 1, 0 m w zagęszczone grunty gruboziarniste oraz piaski grube lub grunty spoiste zwarte,

• pale są wbijane bez wpłukiwania w piaski zagęszczone lub średnio zagęszczone (dotyczy to również pali Franki, Vibro, Fundex)

2. W przypadku wbijania pali bez wpłukiwania w piaski luźne (dotyczy to również pali Franki, Vibro, Fundex) nośność pali w grupie równa się sumie nośności pali pojedynczych, gdy rozstaw między nimi r ≥4D. Gdy 3D ≤ r < 4D można
   tak obliczoną nośność grupy pali (sumę nośności pali pojedynczych) zwiększyć
   o 15 %.

Tak wyznaczona nośność grupy pali nie może przekraczać nośności fundamentu bezpośredniego o powierzchni wyznaczonej obrysem zewnętrznych pali
w fundamencie i na głębokości ich podstaw.

3. W przypadku zagłębienia pali w grunty spoiste (z wyjątkiem zwartych), a także uwarstwione na przemian spoiste i niespoiste należy sprawdzić strefy naprężeń wokół pali.

Gdy strefy naprężeń nie zachodzą na siebie w poziomie podstaw pali, to nośność grupy równa się sumie nośności pali pojedynczych. Gdy strefy naprężeń zachodzą na siebie należy do obliczeń nośności grupy pali wprowadzić współczynnik m₁ redukujący rozstaw pobocznicy pali.

Wartość współczynnika redukcyjnego m₁ należy przyjmować z tab. 8.6 w zależności od r/R.

r/R	2,0	1,7	1,4	1,2	1,0	0,8	0,6
m1	1,0	0,95	0,90	0,80	0,70	0,60	0,45

Dla wartości pośrednich r/R nie podanych w tabeli 8.6 należy przyjmować wartość współczynnika m₁ odpowiadającą najbliższej wartości spośród podanych w tablicy.

06.11.2010

7. Ochrona fundamentów przed wilgocią, woda gruntową
i agresywnością podłoża

7.1. Ochrona fundamentów przed wilgocią i woda gruntową

Izolacje zabezpieczające fundamenty przed wilgocią i woda gruntową można podzielić na:

• przeciwwilgociowe, stosowane powyżej wód gruntowych; zabezpieczające przed podciąganiem wody włoskowatej i opadowej,

• wodoszczelne, stosowane w celu ochrony pomieszczeń podziemnych przed napływem do nich wody gruntowej.

Zależnie od postaci wody przed jaką zabezpiecza się budowle stosuje się trzy typy izolacji:

• lekki,

• średni,

• ciężki.

Izolacja typu lekkiego (powłoki) stosuje się w celu ochrony przed przenikaniem wilgoci najczęściej w kierunku bocznym.

Izolacja typu średniego stosuje się w celu ochrony przed wodą przesączającą się w gruncie, jako izolacje pionowe części podziemnych budowli. Zalicza się do nich izolacje bitumiczne z wkładami z papy (dwie warstwy), izolacje z plastycznych mas bitumiczno-mineralnych, asfaltów lanych itp.

Izolacja typu ciężkiego stosuje się w celu ochrony budowli przed wodą pod ciśnieniem, przeważnie w postaci izolacji bitumicznych z kilkoma wkładkami. Używa się do tego celu lepików bitumicznych, papy, juty i innych tkanin asfaltowych, folii z mas plastycznych, cienkich blach metalowych itp. Izolacje te mające chronić przed woda naporową, zakłada się zawsze ok. 50 cm powyżej najwyższego możliwego poziomu wody. Należy wyróżnić dwa przypadki:

1. Jeżeli poziom zwierciadła wody jest wzniesiony ponad izolację dolną < 40 cm,
   to ciężar posadzki równoważy wypór i płyta posadzki nie opierać się o ściany budynku.

2. W przypadku gdy h > 40 cm posadzka musi być zamocowana w ścianie.

Izolacje zewnętrzne w celu ochrony przed uszkodzeniami przy zasypywaniu wykopu fundamentowego obudowuje się 25 - centymetrową warstwa gliny lub ścianą z cegły
o grubości ½ cegły, wykonane na zaprawie cementowej (przy h< 40 cm). Przy naporze
h > 40 cm stosuje się ściany z cegły.

Gdy izolacja przeciw wodzie pod ciśnieniem ma być założona od wewnątrz - napór wody musi być przejęty przez koszulkę żelbetową, stanowiącą konstrukcję dociskową.

7.2. Ochrona fundamentów przed agresywnością podłoża

Izolacje zabezpieczające przed wodami agresywnymi mają na celu zabezpieczenie materiału przed zniszczeniem. Czynnikami wywołującymi korozję betonów są:

• zwiększenie kwasowości wody (agresywność kwasowa),

• zmniejszona twardość przemijająca wody (agresywność ługująca),

• obecność rozpuszczonego w wodzie agresywnego dwutlenku węgla (agresywność węglanowa),

• zwiększona zawartość w wodzie jonów siarczanowych, magnesowanych
  i amonowych (agresywność siarczanowa, magnezowa, amonowa).

Podział środowiska gruntowo - wodnego i gruntowego pod względem agresywności
w stosunku do betonu podano w tabl. 7.1 i 7.2.

Podstawowymi warunkami zabezpieczenia betonu przed agresja są:

• wykonanie betonu odpowiedniego dla warunków agresji,

• ochrona fundamentów izolacjami.

Beton wytrzymały na agresje to beton szczelny i o dużej wytrzymałości. Szczelność betonu uzyskuje się przez dobór kruszywa i przez staranne zagęszczenie (np. wibrowanie). Beton szczelny uniemożliwia przenikanie wody agresywnej w głąb konstrukcji. W celu uzyskania odpowiedniej szczelności betonu i odporności na agresję do betonu dodaje się odpowiednie środki chemiczne (plastyfikatory). Zależnie od typu agresji, do wytwarzania betonu stosuje się specjalne rodzaje cementu.

W gruntach mało przepuszczalnych (gliniastych) wystarczy do fundamentów zastosować odpowiedni beton. W gruntach przepuszczalnych (piaszczystych) należy fundament posadowić powyżej zwierciadła wody gruntowej lub obniżyć zwierciadło wody za pomocą drenażu, względnie zastosować osłony wodoszczelne lub założyć powłoki izolacyjne.

Rozróżnia się trzy stopnie agresywności:

• słaby l_a,

• średni m_a,

• silny h_a,

20.11.2010

9. Ścianki szczelne i szczelinowe

9.1. Wiadomości wstępne

Ściankami szczelnymi nazywamy konstrukcje składające się z podłużnych elementów zagłębionych (najczęściej wbitych) w grunt, ściśle do siebie przylegających.

Ścianki szczelinowe są wykonywane w postaci ścian w wąskich wykopach pod ochroną zawiesiny tiksotropowej.

Ze względu na ich przeznaczenie ścianki szczelne można podzielić na:

1. Ścianki prowizoryczne, potrzebne jedynie w okresie wykonywania robót. Stosuje się je zwykle w gruntach nawodnionych. Muszą one zabezpieczać teren przed dopływem wody oraz podtrzymywać ściany wykopu.

2. Ścianki szczelne lub szczelinowe stałe, które stanowią konstrukcyjną część fundamentu. Noga one wtedy spełniać różne zadania, jak np.:

1. zabezpieczać szczelność pod podstawa fundamentu we wszelkiego rodzaju budowlach piętrzących,

2. odgradzać w basenie portowym ląd od rejonów wodnych,

3. przy posadowieniach bezpośrednich na gruntach nawodnionych mogą stanowić wygrodzenie podłoża obciążonego, zabezpieczając fundament przed wypłukiwaniem,

4. ścianki szczelne mogą stanowić fundament głęboki.

Ścianki szczelne ze względu na materiał dzielimy na:

• drewniane,

• stalowe,

• żelbetowe,

• betonowe.

9.2. Ścianki szczelne drewniane

Przy niedużej głębokości wykopu (~1 m) w piasku nawodnionym można stosować ściankę szczelną złożoną z dwóch rzędów desek o grubości 38 - 42 mm. Pracę można wykonać pod wodą. Po wykonaniu roboty materiał można odzyskać w całości.

Przy większych głębokościach wykopu stosuje się brusy połączone na pióro i wpust.
Aby zmniejszyć liczbę przesunięć kafara, często łączy sie brusy parami. Dolny koniec brusów jest zaostrzony, zależnie od rodzaju gruntu, do którego ma być wbity, może on być okuty butem z blachy o grubości 2-3 mm w celu ochrony przed zniszczeniem przy wbijaniu. Głowicę brusa należy starannie obciąć prostopadle do jego osi i jeśli brusy ciężko wchodzą przy wbijaniu - zabezpieczyć pierścieniem stalowym.

Ścianki szczelne o przekrojach mniejszych od 10 - 12,5 cm wykonuje się następująco:

• wbija się na narożach pale kierunkowe o średnicy 25 - 30 cm i w odstępach
  od 2 do 4 m między narożami, początkowo są one wbijane w grunt na połowę długości brusa. Łączy się pale kierunkowe za pomocą kleszczy. Pomiędzy kleszcze wstawia się brusy ścianki.

• po ustawieniu brusów i dopasowaniu klina (środkowy brus) wbija się ściankę, pobijając kolejno brusy. Zaleca się wbijać najpierw do głębokości 2 m, a później, gdy bale utrzymają się w prawidłowym położeniu, dobijać je do końca. Po wbiciu pala kleszcze mogą być zdjęte i zakończone oczepem.

Istnieją dwa systemy stawiania ścianek drewnianych:

1. pale kierunkowe umieszczone są w osiach ścianki,

2. pale kierunkowe są podwójne

Ścianki szczelne drewniane o wymiarach dużych wbija się bez specjalnych pali kierunkowych. Rolę tych pali spełniają same brusy wbite uprzednio trochę głębiej, łączy
się je kleszczami górnymi ( bez dolnych) i po ustawieniu między nimi pozostałych brusów wbija się je stopniowo.

Gdy odcinek zagłębia się, kleszcze obniżają się wraz z brusami i po dojściu do ziemi
z kleszczami zmienia się ich poziom, umieszczając je wyżej. Na ziemi, przy rozpoczynaniu prac można ułożyć prowadnice, które nadają kierunek przy zagłębianiu ścianki.

Zalety ścianek szczelnych drewnianych:

• wykazują znaczną szczelność, która z biegiem czasu wzrasta;

• są lekkie,

• poniżej zwierciadła wody są bardzo trwałe,

• mogą pracować na obciążenia pionowe,

• w porównaniu ze stalowymi i żelbetowymi są znacznie tańsze.

Zasadniczą wadą ścianek szczelnych drewnianych jest ich mała wytrzymałość
w porównaniu ze stalowymi czy żelbetowymi.

9.3. Ścianki szczelne stalowe

Mała wytrzymałość ścianek drewnianych, trudności pokonywania przeszkód w gruncie przy wbijaniu (łatwość uszkodzenia), ograniczona długość wymiarami drewna i wysokością kafara (niemożliwość sztukowania) doprowadziły do stosowania ścianek stalowych.

Typy profilów ścianek szczelnych można podzielić na:

• płaskie,

• korytkowe,

• zetowe,

• dwuteowe,

• skrzynkowe.

Typy płaskie tworzą płaskie ciągi ścianek, typy korytkowe i zetowe dają ciągi faliste, skrzynkowe - ciągi skrzynkowe. Możliwe jest łączenie w ciągi skrzynkowe specjalnych typów korytkowych lub zetowych.

Profile walcowane (w Europie - Ameryce) można charakteryzować ze względu na:

• wytrzymałość mierzona wartością wskaźnika wytrzymałości W_x względem osi ścianek,

• jakość mierzoną stosunkiem W_x do ciężaru G - ścianki (liczonym na 1 m ścianki),

• szczelność zależną od konstrukcji zamków.

Profile korytkowe mają zamki na osi obojętnej przekroju, gdzie naprężenia normalne przy zginaniu ścianki są równe zeru, natomiast profile zetowe - na krawędziach przekroju, gdzie zanikają naprężenia ścinające. Pod względem statycznych ścianka złożona z profilów korytkowych składa się z dwóch szeregów elementów połączonych na osi obojętnej.

Wskaźnik wytrzymałości podawany jest w kategoriach w stosunku do osi obojętnej całego przekroju, gdy właściwie należałoby go przyjmować jako sumę wskaźników poszczególnych korytek względem osi obojętnych. Dlatego przyjmuje się często do obliczeń 2/3 wartości wskaźnika katalogowego, gdyż tarcie w zamkach jest na ogół niewystarczające, aby uważać, że łączy ono elementy w sposób stały. Jednakże, dostateczne zagłębienie ścianki w grunt
i uchwycenie jej na górze stalowymi kleszczami, albo zespawanie zamków w górnej części
na odcinku o długości około 20 cm zapewnia współpracę elementów i pozwala liczyć ściankę na pełny wskaźnik wytrzymałości. Zaleta zamków tego rodzaju jest mniejsza możliwość
ich uszkodzenia, łatwiejsze prowadzenie blach przy wbijaniu, zupełna gładkość części grzbietowe, która dobrze przylega do kleszczy.

Profile zetowe o środnikach ciągłych dają opór przy zginaniu równy sumie oporów pojedynczych elementów, a więc można je liczyć na katalogowych wskaźnikach wytrzymałości. Wada ich jest skłonność do obrotu dookoła osi pionowej w czasie wbijania, co zmniejsza nieco wytrzymałość. O szczelności ścianek decyduje zamek.

Wbijanie brusów stalowej ścianki szczelnej odbywa się zwykle parami. Połączenie uzyskuje się np. zaciśnięcie zamków prasą zawczasu (przed wbiciem).

Do ochrony górnej krawędzi blachy od rozbicia młotem stosuje się specjalne blachy (czapki, kołpaki). Wbijanie ścianki zaczyna się od narożnika, następnie przy nim na ziemi układa się prowadnice drewniane o długości 3 - 5 m. Dla zapewnienia ich prawidłowego rozstawu wstawia się pomiędzy nie klocki drewniane i łączy śrubami. Brusy wbija się najpierw na pierwsze 2 - 4 m, a później dobija się do żądanej głębokości, dlatego wygodniej
jest pracować dwoma kafarami rozstawionymi w odległości 3 - 5 m.

Przypadku znacznych odchyleń brusów od płaszczyzny ścianki wskazane jest założenie górnych kleszczy zamocowanych na dwóch skrajnych brusach.

Zalety ścianek szczelnych stalowych:

• są łatwe w wykonaniu, przechodzą przez przeszkody znacznie łatwiej niż inne rodzaje ścianek,

• charakteryzują się dużą wytrzymałością (w porównaniu ze ściankami drewnianymi)
  i małym ciężarem w porównaniu ze ściankami żelbetowymi,

• dają się łatwo sztukować poprzez spawanie,

• można je wielokrotnie używać,

• dzięki pewnym luzom w zamkach można prowadzić ściankę w liniach łukowych.

Wady ścianek szczelnych stalowych:

• znaczny koszt,

• maja mniejszą szczelność w porównaniu ze ściankami drewnianymi, szczególnie w pierwszym okresie ich pracy,

• brusy nie mogą przejmować obciążeń pionowych z wyjątkiem przekrojów skrzynkowych.

9.4. Ścianki szczelne żelbetowe

Z uwagi na duży koszt wykonania, szczególnie na trudności przy zagłębianiu i uszczelnianiu stosuje się je wyłącznie jako części konstrukcyjne, nie zaś do czasowej obudowy wykopów.

Przekroje brusów powinny być dostosowane do ciężaru młota przeznaczonego do wbijania (ciężar młota na ogół nie powinien być mniejszy niż 0,85 - 0,95 ciężaru brusa), jak również nośności wciągarek na kafarach. Ponieważ długość brusa wynika z jego przeznaczenia, grubość - z obliczenia na moment zginający, więc szerokość trzeba dobrać w ten sposób, aby nie przekroczyć założonego ciężaru (około 60 kN).

Przekroje poprzeczne brusów żelbetowych nie sprężonych - stosuje się zbrojenie główne brusów z wkładek o średnicy 14 - 40 mm, strzemion o średnicy 6 - 8 mm, albo z drutu -
3 mm (plecione). Odstęp strzemion powinien być równy mniejszemu wymiarowi brusa lecz nie większy niż 30 cm, przy ostrzu i głowicy strzemiona należy rozmieszczać znacznie gęściej: w odległości 10 cm na długości 1,5 m, a przy głowicy pierwsze 4 -5 strzemion należy ustawiać co 5 cm.

Przy brusach ścianek szczelnych żelbetowych trzeba zwrócić szczególna uwagę
na prawidłowe kształty. Niedopuszczalne są żadne skrzywienia osi brusa, gdyż tolerancje

w zamkach wahają się w granicach milimetrów. Niedokładne wykonanie powoduje przy wbijaniu wychodzenie piór z wpustów i kruszenie się ścianki.

Uszczelnienia w zamkach wykonuje się przez:

• zastosowanie grzebieni drewnianych, które dają dość dobre prowadzenie przy wbijaniu, nie powodują kruszenia betonu, następnie pęczniejąc w wodzie, uszczelniają połączenia. Wadą ich jest dość szybkie niszczenie, szczególnie na powietrzu i przy zmiennym poziomie wody;

• zamki stalowe, podobnie jak w ściankach stalowych z dodatkowym otworem
  dla uszczelnienia - kosztowne i kłopotliwe w wykonaniu;

• grzebień w dolnej części brusa, w górnej wpust.

Grzebień o długości 1,5 - 3,0 m, zależnie od głębokości wbicia ścianki, zapewnia prowadzenie brusa po brusie przy wbijaniu. Obustronny wpust, po przemyciu strumieniem wody w celu wypłukania gruntu, który dostał się do otworu, wypełnia się aby uszczelnić połączenia. Stosowano wypełnienia zaprawa cementową, która wypływała przez szczeliny, nie dając zbyt dobrych wyników. Dlatego lepiej jest wprowadzić do otworu worek jutowy
lub płócienny o przekroju odpowiedniej wielkości, a następnie wypełnić go zaprawa
lub ciśnieniem.

Ścianki szczelne niesprężone nie są w Polsce rozpowszechnione, wykonuje się je jako pełne lub pustakowe, stosując jako zbrojenie struny cienkie rozmieszczone w całym przekroju lub stal prętową. Przy zastosowaniu ścianek szczelnych sprężonych zyskuje się duże oszczędności.

Przy wbijaniu brusów do gruntów zwartych i żwirowych ostrze wyrobione w postaci klina musi być zabezpieczone tzw. butem z blachy o grubości 2 - 3 mm.

Wbijanie ścianki szczelnej żelbetowej wykonuje się podobnie jak stalowej, stosując mocne prowadnice drewniane. Ścianki sprężone należy raczej wpłukiwać, gdyż ulegają one łatwo rozbiciu przy źle dobranym ciężarze młota. Dla ochrony głowicy brusy wbija się przez specjalne hełmy.

Zalety ścianek szczelnych żelbetowych ograniczają się do:

• większej trwałości (pod warunkiem starannego wykonania),

• zdolność do przenoszenia obciążeń pionowych.

Wady w porównaniu ze ścianką stalową:

• ścianki żelbetowe są znacznie cięższe (wymagają cięższego sprzętu);

• są kruche, łatwo ulegają uszkodzeniu,

• szczelną cechuje je duże zużycie stali, oszczędność stali w porównaniu ze ścianką szczelną stalową jest nieznaczna,

• uszczelnienie jest trudniejsze niż przy ściankach stalowych,

• nie mogą być wielokrotnie użyte,

• wymagają dużego placu prefabrykacji.

9.5. Obliczanie ścianek szczelnych

9.8. Ścianki szczelinowe

Ścianki szczelinowe wykonuje się w wąskich (0,50 - 1,20 m) i głębokich wykopach,
tzw. szczelinach, których ściany utrzymują się w równowadze wskutek wypełnienia szczeliny zawiesina tiksotropowa. Roboty prowadzi się sekcjami i długości kilku metrów.
Przed rozpoczęciem prac wykonuje się prowadnice, które stanowią umocnienie skarp
na niewielkiej głębokości (1,0 - 1,5 m).

Po wykonaniu szczeliny na określonym odcinku betonuje się w niej ściankę, zwykle metoda betonowania podwodnego Contractor, albo też ustawia się w szczelinie prefabrykaty żelbetowe. Zawiesina ulega wyparciu i może być po oddzieleniu urobku ponownie użyta.

Ścianki szczelinowe znajdują zastosowanie nie tylko jako przegrody szczelne, ale także jako:

• fundamenty ścian nośnych konstrukcji,

• zabezpieczenie ścian wykopów budowlanych,

• podziemne ściany konstrukcyjne budynków i innych obiektów, np. tuneli.

04.12.2010

12. Wzmacnianie i uszczelnianie podłoża gruntowego

12.1. Cel wzmacniania i uszczelniania podłoża gruntowego

Celem wzmocnienia podłoża jest powiększenie dopuszczalnego obciążenia gruntu pod fundamentami, zmniejszenie parcia gruntu na przylegające do niego budowle oraz powiększenie odporu gruntu.

Celem uszczelniania podłoża jest natomiast stworzenie przepony wodoszczelnej, uniemożliwiającej dopływ wody do miejsca wykonywania robót lub też zapobiegającej odpływowi wody z gruntu.

12.2. Metody wzmacniania i uszczelniania

Wzmocnienie i uszczelnienie podłoża można uzyskać przez:

• wymianę gruntu,

• wstępne obciążenie gruntu,

• konsolidowanie słabo nośnych gruntów spoistych przez odwodnienie za pomocą pionowych drenów (z jednoczesnym wstępnym obciążeniem gruntu lub bez obciążenia dodatkowego),

• zagęszczenie gruntu,

• wtłaczanie tłucznia,

• zastosowanie zastrzyków,

• konsolidowanie gruntów spoistych przez odwodnienie metoda elektroosmozy,

• zamrażanie gruntu,

• spiekanie gruntu,

• zbrojenie gruntu,

12.2.1. Wymiana gruntu

Wymianę gruntu stosuje się przy niewielkich naciskach lub małej grubości warstwy gruntu słabego (0,5 - 1,5 m) oraz gdy w podłoży powyżej granicy przemarzania występują grunty wysadzinowe. Metoda ta polega na usunięciu warstwy gruntu słabego lub wysadzinowego
i zastąpieniu jej piaskiem (ewentualnie pospółka lub żwirem) dobrze zagęszczonym.

Przy wymianie gruntów, szerokość ławy piaskowej dobiera się tak, aby obciążenie jednostkowe gruntu u podstawy ławy odpowiadało wymaganiom I stanu granicznego
wg normy dla gruntu leżącego niżej. Zakłada się przy tym, że w piasku nie nawodnionym obciążenia rozkładają się pod kątem α = 40°, a w gruntach nasyconych woda pod kątem
α = 20°.

12.2.4. Zagęszczanie gruntów

Zagęszczanie podłoża ma na celu polepszenie cech mechanicznych, a tym samym zmniejszenie osiadań budowli. Od kilkunastu lat do zagęszczenia dużych powierzchni stosuje się też wybuchy.

12.2.5. Wtłaczanie tłucznia

W celu wzmocnienia niezbyt grubej warstwy gruntu spoistego leżącej bezpośrednio pod powierzchnią terenu można w grunt wciskać tłuczeń przy użyciu specjalnych ciężkich ubijaków lub walców statycznych.

12.2.6. Zastrzyki

Metoda ta polega na wtłaczaniu w podłoże odpowiednich cieczy, zmieniających
po pewnym czasie swoje właściwości i uszczelniających podłoże.

W piaskach i żwirach wtłaczanie odbywa się za pomocą iniektorów - rurek stalowych
o średnicy 50 mm odpowiednio prefabrykowanych na końcach, wbijanych lub wpłukiwanych w podłoże; natomiast w skałach lub niektórych gruntach spoistych konieczne jest wiercenie otworu, do którego wprowadza się przewód tłoczony zaopatrzony w uszczelkę gumową.

Zastrzyki cementowe

Wykonuje się je z zaczynu cementowego o wskaźniku cementowo - wodnym
0,05 - 0,5, zależnym od wielkości porów lub szczelin w podłożu. Zasięg rozchodzenia się zaczynu wynosi:

• w skałach 1,5 m,

• w żwirach ok. 1,0 m

• w piaskach 0,1 - 0,75 m.

Stosuje się ciśnienie 0,3 - 6,0 MPa, przy czym należy uważać, aby ciśnienie
nie spowodowało podniesienia całego masywu uszczelnianego lub elementów istniejących budowli, np. posadzek piwnicznych.

Jeżeli stwierdzi się w skale lub nasypie obecność dużych kawern, wtedy wtłacza
się najpierw zaprawę cementowo - piaskową lub ciekły beton, a następnie zaczyn cementowy. Częstokroć zaleca się stosować zamiast zaczynu cementowego zawiesiny iłowe lub cementowo - iłowe.

Zastrzyki bitumiczne

Stosuje się je w piaskach, żwirach i spękanych skałach. Wykonuje się je z asfaltów
o penetracji 20 - 70 lub z emulsji zawierających 60 % asfaltu, 35 % wody i5 % emulgatora. Asfalt podgrzewa się do 220 °C, a ponadto iniektory zaopatruje się w przewody podgrzewające. Stosowane ciśnienie wynosi 2,5 - 3,0 MPa. Zasięg zależy od rodzaju bitumu, ciśnienia i wielkości szczelin lub porów.

Zastrzyki sylikatyzacyjne (petryfikacyjne)

Wykonuje się je w piaskach średnich i drobnych przez kolejne wtłoczenie najpierw roztworu szkła wodnego, a następnie roztworu chlorku wapnia. W wyniku reakcji obu roztworów powstaje nierozpuszczalny związek, który zeskala i uszczelnia podłoże.

Stosuje się również metodę jednoroztworową, polegającą na wtłaczaniu roztworu
szkła wodnego z dodatkiem kwasu fosforowego lub cementu. Roztwory podgrzewa
się do temperatury 60 °C. Zasięg rozchodzenia się roztworów wynosi 0,3 - 1,0 m
przy ciśnieniu 0,5 - 3 MPa.

W piaskach bardzo drobnych stosuje się elektroosmotyczne wprowadzanie roztworów
w podłoże za pomocą stałego prądu elektrycznego, powodującego przepływ elektrolitów
od anody ( iniektor) do katody ( specjalnie wbity pręt stalowy). Stosuje się wtedy kilkakrotne wprowadzenie roztworów. Rozstaw elektrod wynosi 1,0 - 2,0 m, napięcie 60 - 100 V,
moc 80 - 100 W na 1 m elektrody.

12.2.7. Elektroosmoza

Metoda ta polega na osuszaniu podłoża za pomocą stałego prądu elektrycznego.
W podłoże, pod fundament wprowadza się igłofiltry (katody) i pręty metalowe (anody) połączone ze sobą źródłem prądu stałego. Elektroosmotyczny przepływ wody w gruncie powoduje zgromadzenie się jej w igłofiltrach, skąd jest usuwana.

12.2.9 Spiekanie gruntu

Spiekanie stosuje się przeważnie do lessów, choć robione były próby spiekania i iłów.
Do spiekania gruntu można stosować nagrzane powietrze lub paliwa płynne. Spiekanie gruntu rozgrzanym powietrzem polega na wtłoczeniu do roztworu wiertniczego
o średnicy 5 - 10 cm pod ciśnieniem 0,3 - 0,5 MPa powietrza nagrzanego do temperatury
700 - 800°C. Przy tej temperaturze less nabiera właściwości cegły. Po czasie spiekania

12 - 15 h w temp. 600°C wytrzymałość na ściskanie wzrasta 5 - 8 razy w stosunku do stanu naturalnego. Less nagrzany do temperatury 400°C, w ciągu 2 h nagrzewania traci zdolność
do zmian swych cech pod wpływem zawilgocenia. Grunty ilaste, przy temperaturze
600 - 700°C wykazują niezależnie od wzrostu wytrzymałości wzrost współczynnika filtracji. W związku z powyższym przy budowie zapór i jazów stosuje się dodatkowo uszczelnienie podłoża zastrzykami.

Metody zagęszczania podłoża

Metoda zagęszczania	Zastosowanie
Za pomocą ubijaków: ręcznych (do 0,2 kN) mechanicznych (1 - 20 kN) płyt wolnospadowych (5 - 20 kN) dynamicznej konsolidacji (ubijaki o ciężarze 100-400 kN opuszczone z wysokości 10 - 40 m co 1 - 3 min.; uderzenia wykonuje się systematycznie w odległości 5 -15 m po 5 - 10 w miejscu)	zagęszczanie gruntów warstwami 0,15 - 0,3 m zagęszczanie gruntów spoistych warstwami 0,3 - 1,5 m zagęszczanie gruntów spoistych i sypkich warstwami 0,5 - 1,5 m zagęszczanie gruntów spoistych i niespoistych rodzimych oraz gruntów refulowanych i nasypów wykonanych z gruntów drobnoziarnistych i z narzutów kamiennych, miąższość zagęszczonych warstw 3 - 20 m (max 40 m)
Za pomocą walców statycznych	Zagęszczanie gruntów spoistych, gdy grubość warstwy zagęszczonej wynosi mniej niż 0,5 m. Zagęszczanie podłoża pod ławy ciągłe przy zastosowaniu podsypki tłuczniowej lub żwirowej
Za pomocą wibratorów: powierzchniowych wgłębnych	Zagęszczanie gruntów sypkich” przy grubości warstwy zagęszczonej do 2,0 m i dużej powierzchni fundamentów przy grubości warstwy zagęszczonej większej niż 2,0 m (szczególnie poniżej zwierciadła wody) i małej powierzchni fundamentów
Za pomocą pali piaskowych	Zagęszczenie gruntów sypkich i nasypowych przy dużej grubości warstwy zagęszczanej (>2,0 m) oraz w celu przyspieszenia konsolidacji gruntów spoistych i torfów w stanie miękkoplastycznym lub płynnym
Za pomocą wibroflotacji	Zagęszczanie luźnych gruntów sypkich i spoistych: grubość zagęszczonej warstwy do ok. 11 m, otwory rozmieszcza się wg siatki trójkątów równobocznych o boku 1,8 - 2,5 m.

13. Wzmacnianie i pogłębianie fundamentów

13.1.Przypadki wzmacniania i pogłębiania fundamentów

Konieczność wzmocnienia i pogłębienia fundamentów może być spowodowana:

• zwiększeniem obciążeń zewnętrznych (np. przebudową),

• zmiana warunków gruntowych i wodnych (wytworzenie depresji, budowa urządzeń podziemnych, erozja rzek),

• zniszczeniem materiałów fundamentów (np. korozja),

• uszkodzeniem,

• błędnym zaprojektowaniem fundamentu,

• koniecznością wykonania budowli głębokiej posadowionej lub głębokich wykopów pod instalacje (np. kanalizacyjne) w bezpośredniej styczności z daną budowlą.

18.12.2010

6.1. Pompowanie wody bezpośrednio z dna wykopu

6.1.1. Sposób wykonania i zakres stosowania

Wodę napływającą do wykopu przez skarpy lub ściany i dno zbiera się za pomocą systemu rowków odwadniających do studzienek zbiorczych i stamtąd odpompowuje
na zewnątrz wykopu.

Rowki należy wypełniać tłuczniem lub żwirem i przykryć je deskami. W czasie zagłębienia wykopu rowki należy stopniowo obniżać. Nie należy ich jednak prowadzić wzdłuż projektowanych ścian pod ławami.

Niedogodność techniczna tego sposobu odwodnienia polega na tym, że woda napływająca ze ścianek i dna wykopu rozluźnia grunt i wpływa w ten sposób na zmniejszenie jego nośności.

Jeżeli depresja jest znaczna, a przepuszczalność gruntu duża, to dopływająca woda powoduje spływanie gruntu ze skarpy wykopu i umieszczenie ziarn na dnie. W głębokich wykopach (przy depresji przewyższającej 4 m) skarpy należy obciążać warstwą filtru odwrotnego.

Przy niewielkiej depresji i odpowiednio powolnym obniżaniu zwierciadła wody,
w gruncie poza wykopem tworzy się łagodny lej depresyjny, ciśnienie spływowe zmniejsza się i opisane szkodliwe zjawiska mogą nie nastąpić.

Grożą one natomiast w gruntach niespoistych, zwłaszcza o drobnym uziarnieniu.
W gruntach spoistych o małym współczynniku filtracji, a więc o powolnym napływie wody,
gdy spójność przeciwdziała odrywaniu cząstek, pompowanie bezpośrednie zwykle nie nasuwa takich trudności.

W celu zabezpieczenia się przed spływaniem skarp wykopu, zmniejszenia ilości wody dopływającej do wykopu oraz zmniejszenia ciśnienia spływowego, stosuje się ścianki szczelne.

6.1.2. Obliczanie ilości wody napływającej do wykopu

W celu przygotowania odpowiednich pomp i obliczenia przewodów odprowadzających wodę, ilość wody dopływającej do wykopu oblicz Asię wg przybliżonego wzoru:

Q = q ∙ A [m³ / h]

gdzie:

q - wydatek wody z 1 m²dna wykopu [m³/h],

A - powierzchnia przekroju dopływu wody (dno wykopu) [m²].

Zestawienie orientacyjne wartości q i k

Rodzaj gruntu	q [m^3/h ∙ m^2]	k [m/na dobę]
Piaski drobne	0,15	0,5 - 1,0
Piaski średnie	0,25	10 - 25
Piaski grube i żwiry	0,30 - 3,0	25 - 250
Skały spękane	0,15 - 0,25	-

W przypadku stosowania ścianek szczelnych, ilość wody dopływającej do wykopu oblicza się wg wzoru:

Q = q ∙ H ∙ k ∙ U [m³ / h]

gdzie:

H - różnica poziomów zwierciadła wody [m],

k - współczynnik filtracji [m/h],

U - obwód ścianki w planie [m],

q - jednostkowy dopływ wody obliczony wg zasad hydromechaniki.

6.2. Obniżanie poziomu wody metodami wgłębnymi

6.2.1. Zakres stosowania różnych systemów odwadniania

Obniżanie poziomu wody gruntowej metodami wgłębnymi stosuje się wówczas,
gdy pompowanie bezpośrednie z dna wykopu grozi powstaniem zjawiska kurzawki.

Wgłębne obniżenie poziomu wody można uzyskać za pomocą studni depresyjnych, igłofiltrów i drenażu poziomego. Kryterium stosowania studni depresyjnych i igłofiltrów stanowi współczynnik filtracji k.

• przy k ≥ 1 m/dobę - stosuje się studnie depresyjne lub igłofiltry,

• przy 1 > k > 0,1 m/dobę - stosuje się igłofiltry z podciśnieniem,

• przy k ≤ 0,1 m/dobę - stosuje się igłofiltry z elektroosmozą.

Studnie depresyjne stosuje się przy większych miąższościach warstw wodonośnych; gdy należy natomiast zebrać wodę z warstwy o małej miąższości (0,5 - 1,5 m), to stosuje się igłofiltry. Studnie depresyjne należy zapuszczać do gruntów najbardziej przepuszczalnych.

6.2.2. Budowa i rozmieszczenie studni depresyjnych i igłofiltrów

Studnie depresyjne wykonuje się w otworach wiertniczych o średnicy 20 -50 cm lub sposobem wpłukiwania rur osłonowych. Przestrzeń wokół rury filtrowej wypełnia się obsypką filtracyjną, stopniowo podciągając rury wiertnicze. Czasami zamiast obsypki filtracyjnej zakłada się gotowe filtry prefabrykowane (np. filtr żwirowy) lub w ogóle obsypki nie daje się, jeżeli wymiar oczek siatki filtru d_s jest mniejszy lub w przybliżeniu równy średnicy d₅₀ gruntu.

Obsypki filtracyjne daje się w gruntach drobnoziarnistych. Uziarnienie obsypki zależy od uziarnienia warstwy wodonośnej na wysokości filtru.

Obsypka powinna spełniać następujące warunki:

(4 - 5) d₈₅ ≥ D₁₅ ≥ (4 - 5) d₁₅

D₅₀ ≥ ds.

U = D₆₀ : D₁₀ ≤ 5

gdzie:

D₁₅ - średnica obsypki filtracyjnej,

d₈₅ i d₁₅ - odpowiednie wartości średnic ziarn gruntu wodonośnego

d_s - średnica oczka siatki,

U -wskaźnik różnoziarnistości obsypki filtracyjnej.

Po wykonaniu studni zakłada się instalację ssącą. W przypadku zastosowania pomp ssąco - tłoczących, np. pomp odśrodkowych, do każdej studni wstawia się rurę ssawczą zaopatrzoną w dolnym końcu w smok i zawór zwrotny oraz doprowadza się ją do przewodu zbiorczego (kolektora), który przewodzi wodę do pompy.

W przypadku użycia pomp głębinowych, do każdej studni wprowadza się pompę głębinową połączoną z kolektorem przewodem tłocznym. Pompa głębinowa składa
się z pompy właściwej i silnika elektrycznego w szczelnej obudowie, dlatego do każdej pompy podłączony jest kabel elektryczny.

Igłofiltr składa się z kolumny rur długości 8 - 10 m i średnicy 38 mm. Kolumna zakończona jest filtrem, który składa się z dwóch rur; wewnętrznej (Φ 38 mm) i zewnętrznej
(Φ 51 - 63 mm). Instalacja służąca do obniżenia poziomu wody za pomocą igłofiltrów składa się z trzech podstawowych elementów:

• pompy samozasysającej lub agregatu pompującego wodę,

• kolektora zbiorczego

• igłofiltrów.

W skład agregatu pompującego wchodzi pompa odśrodkowa do pompowania wody i pompa próżniowa do odpowietrzania instalacji.

Igłofiltry wprowadza się w grunt za pomocą strumienia wody wypływającego
z igłofiltru pod ciśnieniem 300 - 400 kPa. Grubsze ziarna w otworze obok igłofiltru tworzą obsypkę uzupełnianą następnie piaskiem. Igłofiltry rozstawia się w odstępach od 0,6 do 1,8 m. Jeden rozstaw pracujący przy jednej pompie składa się zazwyczaj z 50 -60 igłofiltrów. Igłofiltry mogą obniżyć poziom zwierciadła wody gruntowej w środku dołu fundamentowego o ok. 5,0 m. Przy większym obniżeniu trzeba stosować następne obwody igłofiltrów rozmieszczonych w różnych poziomach.

W przypadku k ≤ 0,1 m/dobę stosuje się igłofiltry w połączeniu z elektroosmozą.
Jako katody stosuj się igłofiltry, a jako anody pręty stalowe. Stosuje się prąd stały o napięciu ok. 50 V i natężeniu ok. 2A na 1 m igłofiltru.

08.01.2011

Wykład dotyczył pracy doktorskiej

20

---