Zbigniew MAC
KO1
WZMOCNIENIE PODA
OŻA GRUNTOWEGO W CELU USUNI
CIA
AWARII FILARÓW W KABLOBETONOWYM MOŚCIE DROGOWYM
W pracy omówiono sposób przeprowadzenia prac remontowych, zapewniający maksymalne wykorzystanie
istniejących elementów konstrukcyjnych filarów w prefabrykowanym kablobetonowym moście drogowym
zlokalizowanym nad rzeką Kaczawą w ciągu ulicy Szczytnickiej w Legnicy. Most ten uległ awarii na wskutek
osiadania ław fundamentowych filarów w wyniku słabego podłoża gruntowego, przez co powstało załamanie
niwelety jezdni na przęsłach o wielkości około 0,45 m, dyskwalifikujące obiekt z normalnego użytkowania.
Szczegółowo omówiono technologię oraz realizację naprawy filarów poprzez wzmocnienie podłoża gruntowego
za pomocą mikropali. Obiekt ten składa się z trzech przęseł swobodnie podpartych o rozpiętościach teoretycznych
po około 12 m każde, złożone z 14 prefabrykatów typu Kujan. Celem pracy było także wykazanie, na przykładzie
zrealizowanego remontu podpór (i przęseł) tego mostu, konieczności bliskiej współpracy projektantów
i wykonawców oraz elastycznego reagowania na pojawiające się problemy w trakcie prowadzenia remontu,
a następnie podejmowanie decyzji o wyborze i zakresie technologii robót naprawczych w oparciu o bieżące
i szczegółowe rozpoznanie podłoża gruntowego oraz aktualne wytężenia występujące w poszczególnych
elementach przęseł i podpór. Wnioski wyprowadzone z przeprowadzonych prac projektowych i wykonawczych
mogą być niezwykle przydatne dla oceny zachowania się fundamentów filarów (podpór) i określenia ich
współpracy z otaczającym je gruntem w innych przypadkach inżynierskich.
1. Wstęp
Celem pracy jest podanie sposobów zabezpieczenia filarów mostu drogowego położonego nad
rzeką Kaczawą w ciągu ulicy Szczytnickiej w północnej części Legnicy (Stare Piekary) przed
nadmiernym osiadaniem oraz dodatkowe wzmocnienie gruntu wokół obiektu. Most ten po kilku
miesiącach eksploatacji uległ awarii (rys. 1) w wyniku pochylenia się filara lewostronnego na wskutek
nadmiernego i nieregularnego osiadania jego fundamentu o około 0,45 m (rys. 2) [1], [2], [3], [4].
W pracy poddano także analizie pracę filarów tego mostu posadowionych na podłożu spoistym,
w warunkach obciążeń dynamicznych. Celem pracy było także rozpoznanie warunków gruntowo-
wodnych w podłożu gruntowym i budowlanym w rejonie filarów remontowanego mostu drogowego.
2. Opis konstrukcji mostu
Most stanowi trójprzęsłową konstrukcję kablobetonową o masywnych betonowych przyczółkach
i dwóch żelbetowych filarach. Długości poszczególnych przęseł swobodnie podpartych nie są
jednakowe i wynoszą: l1 = 12,40 m, l2 = 12,80 m i l3 = 11,40 m. Filary składają się z czterech słupów
stężonych ryglem. Filar lewy (rys. 2 i 3) wyposażony jest w dwa łożyska ruchome, natomiast filar
prawy w dwa łożyska stałe. Fundamenty przyczółków mostu posadowione są bezpośrednio w gruncie
na rzędnej 95.00 m n.p.m., nieznacznie powyżej poziomu wielkiej wody występującej w rejonie mostu
1
Dr hab. inż., prof. PWr., Instytut Inżynierii Lądowej Politechniki Wrocławskiej
151
na rzędnej 94.81 m. Fundamenty filarów
o wymiarach 7,50�1,65�1,00 m posadowione są
na żelbetowych palach wbijanych o przekroju
0,25�0,25 m (rys. 3). W starych dokumentacjach
technicznych brak jest informacji na temat liczby
pali zabitych pod fundamentem oraz ich odstępu
w kierunku podłużnym. Z rozstawu poprzecznego
oraz kształtu fundamentu można wnioskować, że
zaprojektowano 8 10 pali o długościach po około
6,0 m pod każdy filar. Jezdnia na moście ułożona
jest na rzędnej wysokościowej 99.87 m (rys. 3).
3. Ocena stateczności filarów i przyczyn
Rys. 1. Widok z boku na zniszczony most w Legnicy
uszkodzeń przęseł
Wieloletnie badania stanu podłoża w obrębie obciążonych dynamicznie obiektów mostowych na
terenie Polski, w których uczestniczył autor pracy oraz interwencje polegające na wzmacnianiu gruntu
i przeciwdziałaniu degradacji podłoża pozwoliły na uchwycenie pewnych procesów wynikających
z niedoceniania zjawiska sufozji, kurzawki, tiksotropii czy skurczalności oraz długoterminowego
wpływu obiektu na zachowanie się podłoża gruntowego. Element ten praktycznie nie występował
w projektowaniu wielu mostów, dla których badania geotechniczne były na ogół badaniami
rutynowymi. Sytuacja taka wynikała, bowiem z braku uregulowań normalizacyjnych, braku
odpowiednich danych obserwacyjnych oraz pewnego pośpiechu i daleko idących uproszczeń
w projektowaniu i realizacji analizowanych obiektów. Niewłaściwa ocena i prognoza zjawisk
zachodzących w ośrodku grunto-
wym poddanym obciążeniom
dynamicznym w fazie projekto-
wania i wykonawstwa powoduje
szereg trudności podczas eksplo-
atacji obiektu mostowego.
Okazało się, że nawet zagę-
szczone grunty piaszczyste w przy-
padku posadowienia na palach
fundamentów obciążonych dyna-
micznie nie są bezpiecznym
podłożem, bowiem obciążenia te
Rys. 2. Widok z boku na lewobrzeżny
filar z załamanymi przęsłami po awarii Rys. 3. Przekrój poprzeczny mostu
152
Rys. 4. Przekrój podłużny mostu wraz z warstwami geologicznymi
działają na pale jak wibratory, powodując rozluz
nianie gruntu wzdłuż ich pobocznic.
W przypadku podłoża iłowego zalegającego w obrębie filarów tego mostu, posadowienie na palach
okazało się rozwiązaniem niezbyt skutecznym. Zdaniem autora nadmierne osiadanie lewego filara
mostu było wynikiem utraty nośności pali. Jak wynika z uzyskanych informacji, wykonawcom pali
żelbetowych nie udało się osiągnąć zamierzonej głębokości ich pogrążenia (rys. 4 i 5). Prawdopodobnie
większość pali zakończona jest w iłach. Potwierdzeniem tego faktu może być informacja o tym, że
podczas sondowania osiągnięto bardzo duże opory pogrążania końcówki. Opór występował głównie na
żerdziach, co wskazywało na dużą spójność iłów. Przyczyn osiadań należy doszukiwać się w degradacji
parametrów mechanicznych iłów. Brak takich parametrów jak granica płynności WL i granica
plastyczności WP iłów nie pozwala na dokładniejszą analizę ich wytrzymałości w okresie
długoterminowym. Znane jest powszechnie zjawisko przechodzenia niektórych gruntów zawierających
bardzo drobne cząstki z żelu w zol i odwrotnie, wskutek wyłącznie oddziaływań mechanicznych.
Zjawisko to zwane tiksotropią powstanie pod wpływem wystąpienia różnych obciążeń na moście, co
można łatwo prześledzić. Wzrost natężenia ruchu kołowego i związane z nim obciążenia dynamiczne
zostają przekazane na pale. Drgania pali powodują znaczne uplastycznienie gruntu, a nawet jego
upłynnienie. Następuje degradacja parametrów mechanicznych iłu, a następuje redukcja nośności pali
na pobocznicy i pod ich podstawą i dlatego powstały nadmierne osiadania. Ponadto wykonane
sprawdzenie nośności pali żelbetowych sugeruje, że zostały one zaprojektowane o zbyt małej nośności.
Stąd część obciążeń przejmował oczep filara, jednak z chwilą wypłukania podłoża pod fundamentem
lewego filara zmieniły się warunki jego dotychczasowej pracy.
4. Ogólna charakterystyka terenu
4.1. Morfologia oraz budowa geologiczna
Pod względem geologicznym teren pod mostem znajduje się we wschodniej części mezoregionu
Równina Legnicka wypełnionej głównie utworami trzeciorzędowymi. Reprezentują go utwory
wykształcone w postaci iłów, iłów pylastych z wkładkami i przewarstwieniami pyłów, glin pylastych,
glin piaszczystych, a nawet piasków pylastych [5]. Starszym podłożem w rozumieniu geologiczno-
inżynierskim i geotechnicznym jest seria iłów trzeciorzędowych wykształconych jako grunty spoiste
ilaste. Są to iły, iły pylaste barwy na ogół szaro-żółto-brązowej, niebiesko-szarej, rdzawo-brązowej,
wiśniowej, a głębiej szarej z wkładkami oraz przewarstwieniami glin pylastych, pyłów piaszczystych.
Rzeka Kaczawa w rejonie mostu płynie wzdłuż stromego lewego brzegu, podcinając erozyjnie płat
iłów trzeciorzędowych. Iły te były dawniej eksploatowane, o czym świadczą wyrobiska w pobliżu
mostu (wypełnione obecnie wodą). Na prawym brzegu doliny zaznacza się rozległa tarasa zalewowa, na
powierzchni, której usypano wał przeciwpowodziowy o wysokości około 2 m.
W opisie budowy geologicznej terenu uwzględniono wyniki otworów archiwalnych nr 16, 47, 48,
49 z dokumentacji nr 2, a także wyniki otworów archiwalnych (rys. 5) [6].
153
Rys. 5. Widok z góry na usytuowanie mostu
Seria ta nosi nazwę iłów poznańskich zwanych też iłami płomienistymi i wiekowo zaliczana jest do
górnego miocenu i pliocenu. Strop trzeciorzędu wykazuje liczne rozmycia erozyjne, stąd nawiercany
bywa na różnych głębokościach. Na lewym brzegu doliny, podcinanym erozyjnie przez rzekę Kaczawę,
iły trzeciorzędowe znajdują się bezpośrednio pod glebą lub pod nasypami. Na prawym brzegu doliny na
powierzchni tarasu zalewowego wyższego w okolicach mostu strop trzeciorzędu nawiercono na
głębokości rzędu 5 7 m p.p.t. Na utworach trzeciorzędu zalega kilkumetrowa seria utworów
czwartorzędowych, przy czym są to na ogół kolejno licząc od spągu: pospółki i żwiry z otoczakami,
piaski, grunty typu mad rzecznych (różnego rodzaju gliny, gliny próchnicze i namuły). Najmłodszy
czwartorzęd reprezentują holoceńskie gleby oraz różnego rodzaju grunty nasypowe.
4.2. Warunki hydrogeologiczne
W obrębie utworów trzeciorzędowych, wykształconych jako iły i iły pylaste, wody gruntowe nie
występują. W przypadku obecności soczewek, warstewek i przerostów gliniasto-pylastych stwierdzono
przejścia ze stanu prawie półzwartego aż po stan plastyczny. W przypadku obecności soczewek
piasków pylastych istnieje możliwość lokalnych sączeń lub pojawienie się poziomu wód gruntowych
o zwierciadle dynamicznym (niewielka wydajność, mały zasięg).
W obrębie utworów czwartorzędowych woda gruntowa tworzy ciągły poziom wodonośny w serii
czwartorzędowych utworów piaszczysto-żwirowych. Ze względu na sąsiedztwo koryta rzeki Kaczawy
aktualny poziom zwierciadła ustabilizowanego jest ściśle uzależniony od aktualnych warunków
hydrogeologicznych panujących w dolinie. Poziom wielkiej wody w rejonie mostu ulokowany jest na
rzędnej wysokościowej 94.81 m n.p.m.
5. Charakterystyka warunków geotechnicznych
5.1. Zakres wykonanych robót terenowych
W ramach robót terenowych dokonano wizji lokalnej podpór obiektu, a następnie w trzeciej
dekadzie września 1996 roku odwiercono ogółem 6 otworów geotechnicznych o głębokości około 8,0
m każdy. Odwiercono po 3 otwory przy lewym i prawym filarze (rys. 6).
Otwory wiertnicze o średnicy 110 mm odwiercano systemem ręcznym, okrętnym z użyciem świdra
typu szapy. Ze względu na płytkie występowanie wód gruntowych (otwory usytuowano tuż przy
korycie rzeki), każdy otwór rurowano do stropu iłu w celu zamknięcia dopływu wody do otworów. Dla
przewiercanych gruntów niespoistych stopień plastyczności określano na podstawie próby wałeczkowa-
nia. Punktem zerowym każdego otworu była rzędna górnej powierzchni żelbetowego fundamentu
154
każdego filara (7,5�1,5�1,0 m), który spaja
system podwójnych pali żelbetowych wbitych
na głębokość 6,0 m. Wyniki sondowań
gruntów nie zamieszczono w pracy, m.in. ze
względu na małą ich wiarygodność z powodu
występowania w podłożu wyłącznie gruntów
spoistych, w których następowało oblepianie
końcówki i żerdzi sondy przez ten grunt [7].
5.2. Warunki gruntowe
W podłożu gruntowym w rejonie filarów
mostu (rys. 4), rozpoznanym do głębokości 8,0
m p.p.t., po pominięciu utworów czwartorzędo-
wych (narzut głazów granitowych, grunty
nasypowe, różnego rodzaju namuły, gliny
piaszczyste, pospółki i żwiry) o ogólnej
miąższości 1,2 1,7 m, wydzielić można było
kolejno trzy główne warstwy geotechniczne:
1. Warstwa I  to iły trzeciorzędowe mające
w stropie barwę żółto-brązową, szaro-żółtą,
niebiesko-szarą, rdzawo-brązową, wiśniową,
a głębiej wyłącznie szarą. Iły w kilkudziesięcio-
centymetrowej tylko strefie kontaktowej z wodą
były twardoplastyczne (IL = 0,20), a głębiej na
granicy stanów twardoplastyczny/półzwarty.
Należą one do gruntów bardzo spoistych
o symbolu D. Do obliczeń geotechnicznych dla
warstwy tej przyjęto: IL = 0,05, wn = 27%,
�(n) = 20,0 kNm 3, �u(n) = 12�, Cu(n) = 56 kPa,
Eo(n) = 20 000 kPa, Mo(n) = 35 000 kPa.
2. Warstwa II  to trzeciorzędowe pyły
barwy szarej tworzące warstwę o grubości
średnio około 1,0 m w obrębie iłów. Pyły
zalegają od głębokości 5,5 m (prawy filar) i 6,2
m (lewy filar) oraz charakteryzują się dużą na
ogół warstewkową zmiennością, przechodząc
najczęściej w gliny pylaste. Są to grunty
spoiste skonsolidowane o symbolu B. Stopień
plastyczności IL dla każdej warstewki jest
Rys. 6. Konstrukcja fundamentu filarów z lokalizacją
różny, tj. w zakresie 0,25 0,45 (średnio 0,35).
otworów geotechnicznych: a) przekrój poprzeczny A A
Do obliczeń dla tej warstwy najbezpieczniej
przez filar, b) rzut fundamentu filara
można było przyjąć: IL = 0,45, wn = 24%, �(n) =
21,0 kNm 3, Ću(n) = 14�, Cu(n) = 23 kPa, Eo(n) = 16 000 kPa, Mo(n) = 22 000 kPa.
3. Warstwa III  to trzeciorzędowe gliny piaszczyste zalegające pod utworami warstwy II od
głębokości 6,5 7,3 m p.p.t. i nie przewiercone do głębokości 8,0 m. One również charakteryzują się
dużą zmiennością litologiczną  przewarstwieniami pyłem piaszczystym. Na podstawie danych
z otworów archiwalnych o głębokości 10,0 m zlokalizowanych w środku rzeki i 15,0 m na brzegach [8]
można było przyjąć, że spąg jest ulokowany około 2 3 m poniżej stóp pali żelbetowych filarów tego
mostu. Są to również grunty spoiste o symbolu B. Do obliczeń najbezpieczniej było przyjąć: IL = 0,45,
wn = 17%, �(n) = 21,0 kNm 3, Ću(n) = 14�, Cu(n) = 23 kPa, Eo(n) = 16 000 kPa, Mo(n) = 22 000 kPa.
Wyniki badań archiwalnych wykazują zaleganie iłów również poniżej wkładki gliniastej, nie
przewierconej podczas tych badań [5].
Na utworach trzeciorzędu zalega kilkumetrowa seria utworów czwartorzędowych, przy czym
w rejonie podpór pośrednich ich miąższość nie przekracza 1,5 m. Na podcinanym erozyjnie przez rzekę
Kaczawę lewym brzegu doliny, w rejonie mostu, iły występują bezpośrednio pod glebą.
155
5.3. Warunki wodne
Zwierciadło wody gruntowej jest bardzo płytko położone pod powierzchnią terenu, bezpośrednio
przy korycie rzeki i filarach mostu, a w okresie wielkiej wody miejsca odwiercenia otworów nr 1 6
były zalane wodą. Woda gruntowa występowała tylko w obrębie przypowierzchniowych niespoistych
gruntach czwartorzędowych. W obrębie plastycznych warstw II i III tworzących soczewkę lub wkładkę
w iłach stwierdzono tylko wzrost wilgotności.
W terenie tym stwierdzono jeden poziom wodonośny występujący w piaskach i żwirach
czwartorzędu ściśle powiązany ze stanami wody w rzece Kaczawie. W obrębie utworów trzeciorzę-
dowych wody gruntowe nie występują.
5.4. Wnioski z badań gruntowych
1. W podłożu gruntowym wokół filarów remontowanego mostu stwierdzono, że w obrębie prawie
półzwartych iłów trzeciorzędowych (warstwa I) występuje kilkumetrowa wkładka lub soczewka
plastycznych pyłów i glin piaszczystych (warstwy II i III) z przewarstwieniami glin pylastych i pyłów
piaszczystych. Stopy pali żelbetowych, na których posadowiono filary mostu, zostały wbite
w plastyczne utwory warstw II i III, co stało się przyczyną zwiększonego, niż prawdopodobnie
zakładano w projekcie, ich osiadania [9], [10], [11], [12].
2. Dla obu uszkodzonych filarów mostu należało także opracować nowy, rezerwowy wariant
wzmocnienia fundamentów przeciwdziałający dalszemu osiadaniu mostu.
3. Do obliczeń geotechnicznych dla warstw II i III celowo zalecono skrajną, najniższą wartość
wskaz
nika plastyczności o wielkości IL = 0,45 kierując się faktem, że po dopuszczeniu mostu do
eksploatacji będą przejeżdżać po nim również ciężkie pojazdy samochodowe (wstrząsy).
4. Warunki gruntowo-wodne w rejonie mostu scharakteryzowano szczegółowo w pracy [5].
Rozpoznanie podłoża przeprowadzono do głębokości 8,0 m p.p.t. W opisie budowy geologicznej
uwzględniono wyniki badań archiwalnych przeprowadzonych do głębokości 15,0 m p.p.t. [8].
W dokumentacji tej nie analizowano ewentualnego sposobu posadowienia obiektu, ograniczając się
jedynie do określenia podstawowych parametrów geologiczno-inżynierskich podłoża, tj. głębokości
występowania zwierciadła wody gruntowej i nośności gruntów. Podana charakterystyka iłów była
jednak niewystarczająca dla prawidłowej oceny ich nośności.
5. Przewarstwienia gliniaste o miąższości od jednego do kilku metrów zalegają na głębokości pro-
jektowanej podstawy pali żelbetowych, tj. na rzędnej około 85.0 88.0 m n.p.m. Oznaczono je symbo-
lem II  gliny pylaste oraz symbolem III  gliny piaszczyste. Badania podłoża, wykonane w ramach
pracy [7], wykazały zaleganie powyżej glin bardzo spoistych iłów szarych oznaczonych symbolem I.
6. Sposób wzmocnienia podłoża gruntowego pod filarami mostu
Występujące obecnie osiadania lewego filara świadczą o osłabieniu nośności pali żelbetowych.
Przy dotychczasowej eksploatacji mostu proces ten postępować będzie nadal. Aby zapobiec dalszym
osiadaniom należy bezwzględnie wzmocnić podłoże w obrębie fundamentów i wzdłuż pobocznicy oraz
Rys. 7. Przekrój podłużny mostu drogowego wraz z lokalizacją mikropali
156
pod podstawą pali żelbetowych. Korzystne jest zastosowanie technologii iniekcji z równoczesnym
wykonaniem zbrojenia pionowego podłoża.
Po zapoznaniu się z istniejącą dokumentacją geotechniczną obiektu [6], [7], [8] oraz uwagami
dotyczącymi przebiegu dotychczasowych prac naprawczych wykonano sprawdzenie warunków
współpracy fundamentu z otaczającym ośrodkiem gruntowym. W wyniku wnikliwej analizy
uwzględniającej przestrzenny charakter przekazywania obciążeń uznano, że likwidację osiadań gruntu
w obrębie filarów zapewnia zastosowanie pionowych elementów nośnych w postaci mikropali
iniekcyjnych o średnicy Ć = 132 mm formowanych w gruncie pod kątem 5 10� (rys. 7).
Pod nazwą mikropale rozumie się potocznie pali małośrednicowe, których wspólną cechą jest to,
że mają średnicę mniejszą od 250 300 mm oraz są formowane w gruncie w sposób zmechanizowany.
Wymaga się, aby długość pala wynosiła co najmniej 4,0 m, a ich osiowy rozstaw  co najmniej 0,80 m.
Mikropale iniekcyjne znajdują szerokie zastosowanie w budownictwie do zabezpieczania budowli
przed osiadaniem spowodowanym odkształceniem gruntu, jego rozluz
nieniem oraz ciężarem własnym
budowli. Wykonawstwo mikropali rozpoczyna się od wykonania otworu. Podstawowym sposobem ich
realizacji jest wiercenie. Najczęściej stosowane jest wiercenie obrotowe koronkami lub świdrami.
Otwory są najczęściej orurowane, chociaż stosuje się również wiercenie w zawiesinie bentonitowej lub
cementowo-bentonitowej.
O nośności mikropali decydują trzy czynniki: nośność  zewnętrzna  siła, jaką pal może przekazać
na podłoże, nośność  wewnętrzna , tj. wytrzymałość materiału trzonu pala oraz wytrzymałość
połączenia pala ze zwieńczeniem.
Specyficznym zagadnieniem jest ocena nośności mikropali w gruncie. Wykonawstwo tych pali
polegające na szybkim wierceniu i małym stosunkowo naruszeniu otaczającego gruntu oraz dobrym
zespoleniu pala z gruntem, pozwala uzyskiwać duże ich nośności. Są one znacznie większe niż
tradycyjnie wierconych pali o podobnych wymiarach. Dlatego nośności pali obliczone według normy
PN-83/B-02482 [13] są niższe od rzeczywistych nośności tych pali, określonych np. metodą próbnego
obciążenia. Obciążenia przypadające na mikropale są przenoszone głównie przez pobocznicę.
Graniczna nośność jego podstawy osiąga nie więcej niż 30% nośności pobocznicy. Graniczne opory
pobocznicy pali formowanych pod ciśnieniem 0,5 MPa wynoszą według DIN 4128 [6], nie mniej
jednak niż 100 kN/m2 w gruntach spoistych oraz ponad 150 200 kN/m2 w piaskach i żwirach. Opory
pali formowanych metodą zastrzyku strefowego wielokrotnego osiągają wartości do 700 kN/m2
w piaskach i żwirach. Osiadania wzmocnionych w ten sposób fundamentów są bardzo małe, często
prawie zerowe. Jeżeli wymagane jest szczególne ograniczenie osiadań, można wówczas zastosować
wstępne naprężenie pali siłą ściskającą przed ich połączeniem z fundamentem.
Trzon mikropala można wykonać z trzech prętów żebrowanych o średnicy Ć = 16 mm, wraz z rurą
iniekcyjną wykonaną z PCV o średnicy Ć = 50 mm w środku otworu, bądz
też jako trzon zastosować
rurę stalową o średnicy Ć > 90 mm, stanowiącą jednocześnie rurę iniekcyjną.
Mikropale znajdują zastosowanie wszędzie tam, gdzie praktycznie nie można zastosować innej
technologii wzmocnienia gruntu zwłaszcza w przypadku istniejących obiektów mostowych oraz
budowli o silnym uzbrojeniu podziemnym. Zaletą tej technologii jest wyraz
ne oddzielenie fazy robót
wiertniczych, które można wykonać w miarę szybko, od iniekcyjnych.
7. Wybór technologii wzmocnienia filarów
Dla celów wzmocnienia fundamentów filarów mostu korzystne było zastosowanie mikropali
iniekcyjnych. W celu osadzenia mikropali przewiercono istniejące ławy fundamentowe i wykonano
w podłożu otwór średnicy Ć = 132 mm (rurowany lub w zawiesinie iłowo-cementowej). Do otworu
wprowadzono do jego spodu stalową rurę  kolumnę iniekcyjną. Następnie wyciągnięto kolumnę rur
osłonowych, a otwór dopełniono zaczynem cementowo-bentonitowo-wodnym, pozostawiając go aż do
stwardnienia. Rurę stalową zabezpieczono od góry kapturkiem. Po związaniu zaczynu wokół mikropala
tworzy się kamień cementowy, który chroni rurę przed korozją, zabezpiecza przed przebiciem
hydraulicznym iniektu po rurze oraz lepiej związuje podłoże z rurą mikropala. Elementem nośnym
mikropala jest kolumna iniekcyjna, która jest grubościenną rurą stalową, składającą się z kilku
odcinków łączonych ze sobą za pomocą gwintu lub, jeśli jest to możliwe, z jednego odcinka.
Zasklepiona od spodu kolumna iniekcyjna wyposażona jest w pierścieniowe, jednokierunkowe zawory
iniekcyjne, rozmieszczone na jej powierzchni zewnętrznej. Przez zawory te tłoczony był iniekt. Zawory
zwrotne umożliwiały wykonanie wielokrotnej iniekcji na danym poziomie przy jednoczesnym
zabezpieczeniu rury przed napływem iniektu z zewnątrz.
157
8. Podstawowe założenia do wzmocnienia gruntu podłoża
Pod każdą podporą pośrednią należało wykonać 10 mikropali iniekcyjnych o średnicy Ć = 132 mm
zbrojonych rurą grubościenną o średnicy Ć = 101,6 mm ustawionych w dwóch rzędach do głębokości
około 9,5 m poniżej poziomu usytuowania oczepu. W celu właściwego wykonania wzmocnienia,
otwory należało wykonać w fundamencie, uwzględniając zalecany rozstaw, wymiary fundamentu
i przeszkody technologiczne. Należało zadbać także o symetryczne rozmieszczenie otworów względem
osi fundamentu w przypadku zmiany podanej lokalizacji (rys. 6). Ze względu na niewielkie wzajemne
odległości otworów iniekcyjnych, uwarunkowane rozmiarami wzmacnianego fundamentu, mikropale
należało wykonać ukośnie, pod kątem około 5� tak, aby w podstawie pali zachować rozstaw Lp > 1,8 m.
Wzmocnienie wykonano z górnego poziomu oczepu, tj. z 94.40 m n.p.m. Iniekcję w wykonanych
otworach prowadzono od góry do dołu na wszystkich poziomach z zastosowaniem podwyższonego
ciśnienia, aż do uzyskania każdorazowo kanałowania iniektu. Dotyczy to zwłaszcza górnych
poziomów, z których iniekt powinien zeskalić strefę kontaktową fundamentu z podłożem.
Szczegółowe określenie parametrów iniekcji nastąpiło po wykonaniu pierwszych (pilotażowych)
otworów dla poszczególnych podpór. Dotyczy to rzeczywistego położenia i miąższości warstw
gruntowych, przyjęcia rozstawu poziomów i wielkości ciśnienia iniekcji. W wyniku wykonanych
zabiegów pod fundamentami powstały pionowe, zbrojone kolumny iniekcyjne, a grunt pomiędzy nimi
został skomprymowany (rys. 8). Tym samym obciążenia z mostu przekazywane będą na niższe
warstwy podłoża, mniej narażone na oddziaływania dynamiczne. W trakcie robót kontrolowano
objętość wtłaczanego zaczynu, ciśnienie robocze oraz czas trwania iniekcji jak również jakość zaczynu
cementowego, co 50 zarobów. Wszystkie wyniki zostały udokumentowane w raportach wiertniczych
i kartach iniekcji otworów, które stanowią metrykę każdej rury iniekcyjnej [3], [6], [7].
9. Dobór mieszanki iniekcyjnej
W ostatnich latach znacznie wzrósł koszt chemicz-
nych środków iniekcyjnych, stąd zaproponowano wyko-
nanie wzmocnienia na bazie modyfikowanych zaczynów
cementowych. Stosowane do wzmacniania gruntu
zawiesiny wodno-cementowe charakteryzują się wysoką
wytrzymałością, a jednocześnie nie stanowią poważniej-
szych zagrożeń dla środowiska. Należą ponadto do naj-
tańszych środków stosowanych w iniekcjach. Stąd też są
one stale modyfikowane, zarówno przez dodanie dodat-
ków mineralnych (ił, bentonit), jak i poprzez całą gamę
dodatków chemicznych. Określono także granicę stoso-
wania zaczynów cementowych do żwirów i piasków
gruboziarnistych. Dla zaczynów cementowo-bentonito-
wych z dodatkami chemicznymi granica ta przesuwa się
do piasków średnioziarnistych. Zalety iniektu opartego
na bazie cementu sprawiają, że poszukuje się ciągle
możliwości dalszego poszerzenia zakresu ich stoso-
wania. Jedną z nich jest wprowadzenie specjalnego,
drobnoziarnistego cementu, tzw. Mikrocementu, z doda-
tkami chemicznymi, powodującymi deflokulację jego
cząstek. Przykładem może być microsol stosowany
przez firmę Solletanche. Cząstki tego mikrocementu
w 98% mają wielkość do 12 �m, a zakres jego
stosowania obejmuje również piaski drobnoziarniste.
Zakres stosowalności zawiesin wodno-cementowych
nie obejmuje gruntów o uziarnieniu mniejszym od
piasków drobnych. Dotyczy to iniekcji penetrującej pory
gruntu. Jednak i w tych gruntach możliwa jest iniekcja
zagęszczająca i penetrująca mikroszczeliny. W
przypadku mikropali zastosowanie do iniekcji
modyfikowanych zaczynów cementowych stało się jak
najbardziej zasadne.
Rys. 8. Schemat zakotwienia mikropali w oczepie
158
10. Zestawienie parametrów robót iniekcyjnych
Ogólne zestawienie robót iniekcyjnych przedstawia się następująco:
1. Głębokość otworów  0,0 10,0 m poniżej górnego poziomu oczepu.
2. Lokalizacja otworów iniekcyjnych  według planu ich rozmieszczenia [3], [6], [7].
3. Rura iniekcyjna stalowa  Ć = 101,6 mm w odcinkach lub w całości.
Tablica 1. Zestawienie
4. Rozstaw poziomów  a = 1,0 m.
składników iniektu
5. Liczba poziomów  N = 9 szt.
Skład iniektu Iniekcja
6. Dawka zaczynu/poziom  V = 100 l.
Woda [l] 100
7. Maksymalny wydatek  20 l/min.
Chlorek wapniowy [kg] 3
8. Maksymalne ciśnienie  2,0 MPa.
Szkło wodne [l] 3
9. Wytrzymałość kamienia cementowego  R = 5,0 MPa.
Cement [kg] 100
10. Całkowita długość otworów: wiertniczych  200 m, w tym 20 m w
Zaczyn bentonitowy [l] 2,5
betonie i żelbecie oraz 180 m w gruncie.
11. Liczba otworów iniekcyjnych  20 szt., każdy oznaczony numerem.
12. Liczba poziomów iniekcji  180 szt.
13. Objętość zaczynu cementowego  25 m3 w tym: chlorku wapniowego  0,6 Mg, szkła wodnego 
0,6 Mg, bentonitu  1,0 Mg (bez wiercenia) oraz cementu  18,0 Mg.
W oparciu o opracowaną lokalizację otworów iniekcyjnych i przyjęte powyżej parametry iniekcji
sporządzono ogólne zestawienie składników robót iniekcyjnych, które umożliwiły zaplanowanie
niezbędnych ilości środków iniekcyjnych i materiałów (tablica 1).
11. Obliczenie nośności mikropali iniekcyjnych
Obliczenie nośności mikropala iniekcyjnego wykonano zgodnie z PN-83/B-02482 [13]. Z uwagi na
złożone warunki współpracy mikropali z podłożem gruntowym obliczenie ich nośności było nieco
utrudnione. Iniekcja podłoża nośnego w obrębie pobocznicy zwiększyła normowe wartości
jednostkowego granicznego oporu gruntu pod podstawą i wzdłuż pobocznicy pala podane dla tych
samych warunków, ale bez iniekcji. Graniczne opory pobocznicy pali formowanych pod ciśnieniem nie
mniejszym niż 0,5 MPa wynoszą w gruntach spoistych według DIN 4128 [6] ponad 100 kN/m2.
Sprawdzenie nośności mikropali przeprowadzono przy założeniu, że ich średnica wynosi nie mniej
niż Ć = 132 mm (średnica koronki wiertniczej) poszerzonej w podstawie do około 200 mm oraz że
posadowiono je na głębokości 10.00 m p.p.t. (czyli 9,0 m poniżej poziomu posadowienia oczepu).
Mikropale zagłębiono w iłach na około 5,0 m, następnie w glinach na 2,5 m i ponownie w iłach na
około 1,0 m. Bezpośrednio pod fundamentem filara zalegają luz
ne nasypy żwirowe o miąższości około
0,5 m, których nie uwzględniono w obliczeniach. W obliczeniach celowo pominięto również nośność
podstawy pali, pozostawiając ją jako rezerwę dla obciążeń dynamicznych.
Sprawdzenie nośności wbijanych pali żelbetowych o przekrojach 0,25�0,25 m i długości 6,0 m,
obliczono dla najbardziej niekorzystnego układu warstw i założonej głębokości posadowienia. Ogółem
zabetonowano 10 kolumn stalowych.
12. Podsumowanie i wnioski końcowe
1. Rodzaj podłoża w obrębie fundamentów filarów mostu posadowionych na palach oraz
wzmożony ruch kołowy na moście sprzyjał postępującej degradacji parametrów mechanicznych iłu
grożących powstaniem dalszych osiadań. Drgania i obciążenia dynamiczne, nieodłącznie towarzyszące
pracy mostu drogowego potęgowały procesy osiadań podłoża.
2. Część procesów ma charakter nieuchronny, związany z rodzajem pracy obiektu. Jednak przy ich
właściwym rozpoznaniu istnieją techniczne możliwości ograniczenia negatywnych ich skutków.
3. Podłoże pod fundamentami lewego i prawego filara należało wzmocnić poprzez wykonanie
dodatkowych 20 pali w postaci mikropali iniekcyjnych.
4. Zaletą stosowania technologii mikropali jest wyraz
ne oddzielenie fazy robót wiertniczych od
iniekcyjnych. Technologia wzmocnienia gruntu umożliwiała również wykonywanie robót wiertniczych
podczas ciągłej eksploatacji obiektu.
5. Poszczególne etapy robót iniekcyjnych nadzorowane były przez doświadczonych w ich
stosowaniu fachowców. Przed rozpoczęciem tych robót dokonano dokładnych oględzin instalacji
i konstrukcji mostu. W trakcie robót prowadzono ciągłą kontrolę ich stanu.
159
6. Dopuszczalne ciśnienie robocze zależało głównie od głębokości punktu iniekcji i wytrzymałości
gruntu (stopnia zagęszczenia). Ustalono je na podstawie otworu pilotażowego.
7. Odwiercane otwory iniekcyjne oznakowano w sposób trwały kolejnymi numerami, zgodnie ze
szkicem ich lokalizacji, nanosząc na bieżąco wszystkie kolejne ich zmiany.
Literatura
[1] MAC
KO Z., KOKOSZKA Z., OWCZAREK B., Orzeczenie techniczne na temat określenia
aktualnej nośności i przydatności do dalszej eksploatacji oraz opracowane zakresu remontu mostu
drogowego w ciągu ulicy Szczytnickiej w Legnicy. Centrum Naukowo-Badawcze Rozwoju
Budownictwa MOSTAR, Wrocław, czerwiec 1992.
[2] MAC
KO Z., MACIOA
EK T., Opracowanie projektu technicznego remontu przęseł i podpór mostu
drogowego z prefabrykowanych belek sprężonych typu Kujan w ciągu ulicy Szczytnickiej w Legnicy.
Centrum Naukowo-Badawcze Rozwoju Budownictwa MOSTAR, Wrocław, lipiec 1994.
[3] MAC
KO Z., MACIOA
EK T., SUCHOWIC
SKI G., ZADROŻNY Z., Ocena stanu technicznego
elementów konstrukcji przęseł i podpór oraz opracowanie aktualizacji projektu budowlanego
remontu mostu drogowego z prefabrykowanych belek sprężonych typu Kujan w ciągu ulicy
Szczytnickiej w Legnicy. Centrum Naukowo-Badawcze Rozwoju Budownictwa MOSTAR,
Wrocław, lipiec 1996.
[4] MAC
KO Z., MATEJKO M., Badania prefabrykowanego kablobetonowego mostu drogowego nad
rzeką Kaczawą w ciągu ulicy Szczytnickiej w Legnicy. Centrum Naukowo-Badawcze Rozwoju
Budownictwa MOSTAR, Wrocław, kwiecień 1997.
[5] PRACA ZBIOROWA. Atlas geologiczno-inżynierski miasta Legnicy. PROXIMA S.A., Wrocław
1993.
[6] B
CZKOWSKI M., PRZEWA
ÓCKI Z., Ocena stanu technicznego posadowienia filarów obiektu
mostu drogowego nad rzeką Kaczawą w km 21.94 w ciągu ulicy Szczytnickiej w Legnicy wraz ze
sposobem wzmocnienia. Geotechnika, Fundamentowanie, Gdańsk, paz
dziernik 1996.
[7] SANDECKI Z., Sprawozdanie z technicznych badań podłoża gruntowego przy filarach
remontowanego mostu drogowego przez rzekę Kaczawę w ciągu ul. Szczytnickiej w Legnicy.
GEOMAR, Geologia, Wiertnictwo, Wrocław, paz
dziernik 1996.
[8] WITKOWSKA St., Dokumentacja technicznych badań podłoża gruntowego do regulacji rzeki
Kaczawy w km 16.5 23.6 w rejonie Legnicy. PG Wrocław 1983 (nr arch. 14 224).
[9] PN-86/B-02480. Grunty budowlane. Podział, nazwy, symbole i określenia.
[10] BN-72/8932-01. Budownictwo Komunikacji Lądowej. Budowle drogowe i kolejowe. Roboty
ziemne.
[11] PN-74/B-04452. Grunty budowlane. Badania polowe.
[12] PN-83/B-03020. Grunty budowlane. Posadowienie bezpośrednie budowli, obliczenia statyczne
i projektowanie.
[13] PN-83/B-02482. Fundamenty budowlane. Nośność pali i fundamentów palowych.
REINFORCEMENT OF LAND SUBSOIL IN AIM OF REMOVAL PIERS FAILURES
IN PRE-CAST PRE-STRESSED ROAD BRIDGE
The paper is presented a procedure of making repair works giving the maximal using existing structural
elements of piers in pre-cast pre-stressed road bridge located across Kaczawa River along Szczytnicka Street in
Legnica. Bridge was destroyed as a result of settlement of pier strip footings from the reason of weak subsoil that
it came break done of grade line of value ca 0.45 m on the span roadway, disqualifying an object from normal
service. The technology as well as realization of piers repair was described in detail over across strengthening
with the help of the land subsoil by the micro piles. The object consists of three simply supported spans with the
effective length of ca 12 m each combined of 14 pre-cast concrete beams Kujan type. The purpose of the paper
was also demonstrated on the example of realizing bridge supports repair the needs of closed cooperation between
designers and contractors and also an elastic reaction on the occurred some problems during conducting repair
works, and after this the decisions taken about the choose of kind and range of technology based on the actual
detail recognition of soil and real efforts in the particular elements of spans and supports. Conclusions were drawn
from the passed design and executive works which can be helpful mostly for determination of behaviour
foundation of piers (supports) and assessment of footings interacting with surrounding soil in other practical cases.
160