PALE

Zakres stosowania pali:

1. Przekazywanie obciążeń na niżej leżące mocniejsze podłoże.

2. Posadowienie obiektów budowlanych poniżej warstwy gruntu, która może ulec rozmyciu lub w przyszłości może zostać usunięta lub naruszona w trakcie wykonywania robót budowlanych.

3. Zakotwienie obiektu budowlanego w gruncie przeciw sile wyporu wody.

4. Przekazanie na podłoże dużych sił pionowych lub poziomych.

5. Stabilizacja osówisk.

6. Ograniczanie robót ziemnych i uniknięcie robót odwodnieniowych.

7. Przyspieszenie robót z uwagi na wysoki poziom zmechanizowania procesu.

8. Zagęszczenie gruntu nioespoistego.

9. Ograniczenie wielkości odkształeceń podłoża.

   Podział pali ze względu na materiał:

   - drewniane,

   - stalowe,

   - betonowe,

   - żelbetowe,

   - strunobetonowe.

Podział pali ze względu na sposób przekazania obciążenia na podłoże:

• stropowe (stojące),

• zawieszone (tarciowe),

• pośrednie (normalne),

• wyciągane,

• kozłowe,

• obciążone siłami pionowymi (sztywne i wiotkie).

Podział pali ze względu na technologię (sposób) wykonania:

a. gotowe wbijane:

- drewnaine – właściwie wykonane i wbite pale drewniane są najbardziej trwałym z dotychczas znanychrodzajów pali. Długość pali drewnianych: 12÷53(USA) m; średnica (wartość empiryczna) d=24+l; nośność pali drewnianych Nt = 120÷250kN.

- żelbetowe - mają stosunkowo duży ciężar i wymagaja użycia sprzętu ciężkiego.

b. wykonywane w otworach wierconych:

- Straussa, Contractor (obecnie niestosowane);

- Wolfscholza – otór wykonywany pod osłoną rury osłonowej (usuwa się ewentualnie istniejącą w dole otworu).

c. wykonywane w otworach wbijanych,

d. wtłaczane (wciskane statycznie),

e. zawiercane (wkręcane),

f. dużych średnich.

Wg podziału normowego:

Pale przemieszczeniowe (wg: “Wykonastwo specjalne robót geotechnicznych. Pale przemieszczeniowe”) - pale zagłębiane w grunt bez wiercenia lub wydobywania materiału z podłoża (usówania urobku). Pale są zagłębiane w grunt metodą wbijania wibrowania, wciskania, wkręcania lub kombinacji tych metod.

Pale wiercone (wg: “Wykonastwo specjalne robót geotechnicznych. Pale wiercone.” ) - pale formowane, z rurą osłonowa lub bez niej poprzez wykopanie lub wywiercenie otworu w gruncie i wypełnienie go betonem lub żelbetem.

Nowe technologie palowania:

Własnościami szczególnymi nowych technologii palowania jest eliminacja rurowania ochronnego, brak stosowania zawiesiny betonowej. Ciągłe ciśnieniowe betonowanie trzonu pala przez rure rdzeniowa świdra powoduje dobre zespolenie pala z gruntem co zwiększa o ok.20÷30% nośność w stosunku do tradycyjnych pali wierconych przy tych samychwarunkach gruntowych i parametrach geotechnicznych.

Charakterystyczna jest duża szybkość wykonywania pala, stosunkowo niski poziom hałasu i wstrząsów oraz możliwość pokonania dużych oporów w gruncie przewarstwionym (żwirami, kamieniami). Pale mogą być stosowane we wszystkich rodzajach gruntów (niespoistych i spoistych), możliwe jest wykonanie pali ukośnych. W czasie wykonywania pala prowadzona jest komputerowa kontrola i zapis parametrów wiercenia i betonowania.

Podział nowych technologii palowania:

• pale wiercone – grunt częściowo przemieszczany na powierzchnię terenu, CFA (FCS).

• pale wkręcane – grunt jest przemieszczany na boki i następuje jego zagęszczenie.

PRZYDATNOŚĆ GRUNTÓW DO BUDOWY NASYPÓW

Badania laboratoryjne zagęszczalności gruntów:

Badanie w aparacie Proctora:

- wykres odpowiadający gruntom spoistym:

- wykres odpowiadający gruntom niespoistym:

Metody zagęszczenia gruntów:

• normalna: 0,59 [J/cm2],

• zmodyfikowana: 2,65 [J/cm2],

Pomiedzy metodami występuje czterokrotna róznica energii zageszczania.

Wskaźnik zagęszczenia – stosunek objętości szkieletu gruntowego badanego, zagęszczonego gruntu do maksymalnej objętości szkieletu gruntowego.

Wskażnik krzywizny uziarnienia -

Grupy gruntów pod względem przydatności do budowy nasypów:

1. Nienadające się do budowy nasypów: I, wl > 65%, ponieważ będą gruntami ekspansywnymi wrażliwymi na zmiany wilgotności. Grunty niezagesczageszczalne

   ς < 1,60 g/cm3. Grunty organiczne. Nalezy je przeznaczać na odkład. Zastosowanie jest możliwe wyłącznie w przypadku modyfikacji ich właściwości, np. Za pomocą stabilizatorów (np. środki chemiczne, wapno+cement) lub zmiany uziarnienia.

2. Grunty małoprzydatne Wn>Wopt o wilgotności naturalnej nie zapewniającej możliwości uzyskania właściwego Is. Grunty te wymagaja osuszenia lub mogą być wbudowane w dolną warstwę nasypów, pod warunkiem przewarstwienia gruntami przepuszczalnymi (niespoistymi) i ich konsolidacją przed rozpoczęciem nasypu.

3. Grunty dobre – grunty spoiste wl ≤ 65% o wilgotności bliskiej wopt, które można wbudowac w nasyp uzyskując wymaganą wartość Is. 0,9wopt ≤ wn≤1,1wopt. Zaleca się ich wbudowanie ponizej umownej głębokości przemarzania. Powyżej głębokości przemarzania stosowane są grunty niewysadzinowe.

4. Grunty bardzo dobre – piaski, pospółki i żwiry dające się łatwo zagęścić i małowrazliwe na zawilgocenie.

Grupy nośności podłoża gruntowego:

Jest to pojęcie umowne, oznaczone symbolem Gi, charakteryzujace nośność podłoża w zalezności od charakterystyki korpusu drogowego, warunków wodnych w podłożu, możliwości pod względem wysadzinowości oraz rodzaju i stanu gruntów w podłożu. Wyróznia się cztery grupy nośności podloża nawierzchni oznaczanych symbolami: G1, G2, G3, G4 (G1 najlepsza, G4 najgorsza). Grupa nośności zalezna jest od:

• rodzaju gruntu podłoża (pod względem wysadzinowości),

• grunty niewysadzinowe (watpliwe, małowysadzinowe, bardzo wysadzinowe),

• warunków wodnych (dobrych, przeciętnych, złych),

• wartości nośności CBR.

WZMACNIANIE GRUNTÓW

Metody wzmacniania gruntów:

1. Zageszczenie wgłębne gruntów niespoistych:

   - zageszczenie wibratorami – ruchy wibrowe powoduja zageszczanie podłoża.

   - cięzkie wbijaki, np. Menard '70 – stalowe wbijaki o masie kilku do nawet 100t podnoszone są na pewną wysokość (zazwyczaj kilkunastu metrów), następnie zwalnia tak, aby utworzył krater. Proces wykonywany jest w siatce. Osiągane zageszczenie do 30m; najefektywniejsze do 10m.

2. Wstępna konsolidacja gruntów spoistych (zastosowanie nasypu i “pali piaskowych”; przys[oeszenie konsolidacji można uzyskac poprzez zastosowanie elektroosmozy).

3. Zastrzyki – polegają na wprowadzeniu pod ciśnieniem (z otworu wiertniczego) do gruntu zaczynu stabilizującego. Najczęściej stosuję sie zaprawe cementową i skladniki chemiczne lub zawiesiny iłowe. Rodzaje zastrzyków:

   - przenikające – następuje wypełnienie porów gruntu zaprawą, objętość gruntu i struktura nie ulegają zmianie.

   - przemieszczajace – wystepuje zagęszczenie otaczającego gruntu.

   - otaczające – następuje wypełnienie szczelin w spękanym gruncie a zaczyn otacza bryłki gruntu.

4. Wgłębna stabilizacja – wgłębne mieszanie stabilizatora z gruntem roszimym, np. kolumny wapienne.

5. Zbrojenie gruntu (NIE GRUNT ZBROJONY):

   - gwoździowanie – stosowane przede wszystkim w celu polepszenia zboczy i skarpy wykopów. W skarpę wykopów wprowadza się tzw. gwoździe – pręty stalowe o średnicy 2÷3cm.

   - wkładki z geosyntetyków – moga spelnić funkcje zbrojenia gruntu, drenażu, filtru, ochrony przed erozją, rozdzielania róznych materiałów (separacja) oraz uszczelniania podłoży,

   - grunt zbrojony – składa się z nasypowego gruntu wzmocnionego taśmami z materiału wytrzymałego na rozciąganie (np. stal, geosyntetyki). Zasada działania polega na wykorzystaniu parcia pomiędzu gruntem i zbrojeniem powodujacym sprężenie gruntu. Najczęściej grunt zbrojony spelnia rolę ścian oporowych.

Metody wykonywania zastrzyków w gruncie:

1. Wraz z postępem wiercenia.

2. Z postępem wiercenia ku górze.

3. Przez rurę z rękawami.

4. Metoda strumieniowa.

PROJEKTOWANIE FUNDAMENTÓW NA GRUNCIE EKSPANSYWNYM

Warunki stawiane podłożu ekspansywnemu:

Niemożliwy jest automatyzm przenoszenia rozwiązań literaturowych ze względu na różne: grunty, warunki środowiskowe, mechanizmy awarii. Podłoże takie musi spełniać warunki wymagane dla gruntów spoistych:

• stopień ekspansywności gruntu,

• techniczne możliwości zabezpieczania podłoża przed działaniem czynników uaktywniających ekspansywność gruntu,

Posadowienie fundamentów z uwzględnieniem spęcznienia lub przesuszenia podłoża, nie powodowanego przez naturalne czynniki klimatyczne zaliczyć należy do zadań specjalnych. Konieczne jest w takim przypadku wykonanie badań wg szczegółowego programu. Wykonać należy studium oddziaływań podłoża na fundament i na obiekt wraz z określeniem warunków bezpieczeństwa dla każdego z etapów budowy i dla studium eksploatacji.

Wybór warunków posadowienia na podłożu ekspansywnym:

Charakterystyczną cechą gruntów ekspansywnych na terenie Polski w stanie naturalnym jest ich duża wytrzymałość i mała ściśliwość (stan półzwarty lub twardoplastyczny). Dlatego, jeżeli możliwe jest techniczne zabezpieczenie podłoża przed zmianami wilgotności stosuje się posadowienie bezpośrednie.

Posadowienie na zboczu zbudowanym z gruntów ekspansywnych:

Bardzo niebezpieczne w przypadku posadowienia bezpośredniego. Inflitracja wody w naturalne powierzchnie zlustrzeń występujących w iłach może powodować straty stateczności nawet przy małych nachyleniach zbocza rzędu 8÷10%. Taki przypadek wymaga szczególnej uwagi oraz zachowania maksymalnych warunków bezpieczeństwa.

Siedem podstawowych reguł dotyczących projektowania fundamentów bezpośrednich na gruntach ekspansywnych:

1. Zagłębienie fundamentów:

   a. minimalna głębokość posadowienia powinna wynosić:

   - dla obiektów niepodpiwniczonych Dmin » 1,5m,

   - dla obiektów podpiwniczonych Dmin » 0,5m, D » 1,5m;

b. preferowane są obiekty podpiwniczone;

c. w gruntach silnie pęczniejących stosować posadowienie na płycie;

2. Stosować zewnętrzny drenaż przy przewidywanym bocznym dopływie wody.

3. Nie stosować podsypek (poduszek) piaskowych lub żwirowych pod fundament, lecz wartość chudego betonu na całej szerokości dna wykopu odkrytego danego dnia.

4. Zakaz niestarannego zakopywania wykopu po zewnętrznej stronie ścian przyziemia. Należy je uszczelnić warstwami dobrze wbitego iłu lub gliny. Należy stosować także opaski powierzchniowe wokół budynku (2÷3m).

5. Nie wolno wprowadzać wód opadowych do podłoża bezpośrednio. Wprowadza się je do kanalizacji. Ciągi kanalizacyjne powinny być szczelne; wskazane jest stosowanie rur wiotkich.

6. Drzewa i krzewy – należy sadzić drzewa w odległości co najmniej 1,5H od obiektu, a grupy drzew w odległości 2H (gdzie H to przewidzwana wysokość drzewa);

   - należy przycinać korony drzew, ponieważ system korzeniowy rozwija się proporcjonalnie do wielkości korony;

   - na małych działkach nalezy wymieniać drzewostan co kilka lat.

7. Dostosowanie konstrukcji do przeniesienia niekorzystnych wpływów ekspansywności podłoża:

   a. dylatować fragmenty obiektu o różnych układach konstukcyjnych.

   b. wznoszenie konstrukcji – stosować podłużne zbrojenie ław i wzmocnione wieńce w poziomach stropów. Uszkodzone budynki w razie potrzeby wzmacniać skotwieniami.

   c. dylatacje wewnętrzne:

   - dylatować poziomo ścianki działowe poniżej poziomu piwnicy;

   - dylatować pionowo posadzki piwnic od ściany nośnej;

   - w konstrukcjach szkieletowych stosować szczeliny pomiędzy podlożem a podwalinami dzwigającymi ściany osłonowe.

Wykonastwo robót w gruntach ekspansywnych:

Wymaga szczególnej staranności i sprawności. Każdy projekt obiektu posadowionego na iłach powinien zawierać program lub opistechnologi prowadzenia robót fundamentowych. Powinny być w nim podane sposoby zabezpieczania wykopu przed zalewaniem wodą gruntową i opadowa. Kolejność wykonywania poszczególnych zadań, także uwagi dotyczące stateczności skarp i dna wykopu, wszelkie odstępstwa od przewidywanych założeń powinny być rozpatrywane wspólnie z projektantem.

Eksploatacja obiektów posadowionych na gruntach ekspansywnych:

Każdy użytkownik, szczególnie obiektów lekkich i niskich posadowionych na iłach powinien mieć instrukcję eksploatacji i znać zagrożenia wynikające z budowy podłoża.