Wykład 6 fundamenty głębokie

BUDOWNICTWO OGÓLNE

kierunek InŜynier Europejski

Wykład 6

FUNDAMENTY GŁĘBOKIE

Wykładowca: prof. dr hab. inŜ. Zbigniew Mielczarek

Plan wykładu:

6.1. Fundamentowanie na palach
6.2. Pale gotowe
6.3. Pale wykonywane w otworach wierconych
6.4. Wbijanie pali
6.5. Rozmieszczenie pali pod budynkiem
6.6. Rozmieszczenie studni fundamentowych

pod budynkiem

6.7. Fundamentowanie za pomocą kesonów

Wykład 6.

6.1. Fundamenty na palach

Wykład 6.

Fundamentowanie na palach stosuje się w przypadku, gdy:
- w poziomie posadowienia zalega grunt nie nadający się do

posadowienia bezpośredniego

- budowla naraŜona jest na powstanie zsuwa (pale zwiększają

opór gruntu na ścinanie)

- fundamenty są ograniczone w planie ze względu na urządzenia

podziemne

-zachodzi

potrzeba

związania

fundamentów

maszyn

z głębszymi warstwami podłoŜa w celu zmniejszenia drgań
w strefie przypowierzchniowej

- zachodzi konieczność zagęszczenia podłoŜa

Pod względem pracy statycznej pale dzielimy na

Wykład 6.

pale normalne, których nośność w równym stopniu zaleŜy od
oporu gruntu pod ostrzem, jak i od oporu tarcia wzdłuŜ
pobocznicy (rys. 6-1a)

- stojące, których nośność zaleŜy od oporu pod ostrzem pala

np. przy posadowieniu na skale (rys. 6-1b)

- zawieszone, których nośność zaleŜy prawie wyłącznie od

oporu tarcia gruntu wzdłuŜ pobocznicy pala (rys. 6-1c)

6.2. Pale gotowe

Wykład 6.

Pale drewniane moŜna stosować gdy cała ich długość będzie
się znajdować poniŜej lustra wody gruntowej; w przeciwnym
razie ulegną zniszczeniu wskutek korozji biologicznej. Na pale

uŜywa  się drewna  sosnowego  lub
lepiej dębowego o średnicy 20-40cm
po  okorowaniu.  Koniec  pala  jest
zaostrzony,  a  w  razie  wbijania  pala
w  grunty  zwarte  ostrze  zabezpiecza
się

trzewikiem

wykonanym

płaskowników.
Głowica  pala  drewnianego  jest
zabezpieczona  obręczą (rys.  6-2)
zapobiegająca  rozklepaniu  przez
uderzenia kafara.

Rys. 6-2. Pal drewniany:

a) widok z boku, b) widok ostrza z dołu, c) grot

Wykład 6.

Pal  drewniany  powinien  być wykonany  z  jednego  pnia,
poniewaŜ łączenie  znacznie  zmniejsza  jego  wytrzymałość.
Warunek  ten  ogranicza  długość pali  drewnianych  do  20m.
Nośność pala  drewnianego  wynosi  w  przybliŜeniu  tyle  ton  ile
centymetrów ma jego średnica mierzona w środku rozpiętości.

Wykład 6.

Pale Ŝelbetowe wbijane mogą byś wykonywane o przekroju
pełnym (rys. 6-4) lub rurowym (rys. 3-16). Długość pali pełnych
z uwagi na duŜy cięŜar nie przekracza zwykle 20m.
Natomiast długość pali rurowych moŜe sięgać 30m.
Pal

elbetowy,

podobnie

jak

drewniany,

ostrze

zabezpieczone trzewikiem, pod którym łączą się pręty zbrojenia
podłuŜnego oraz głowicę zapobiegająca kruszeniu się betonu,
zakładany jedynie na czas wbijania.

Wykład 6.

Rys. 6-3. Pal Ŝelbetowy:

a) widok z boku, b) przekrój, c) wkładki ochronne.
1-pręty główne, 2-strzemiona ramki, 3-wkładki ochronne,
4-uchwyty

Rys. 6-4. śelbetowe pale rurowe o róŜnych przekrojach

1-uzwojenia wewnętrzne, 2-uzwojenie zewnętrzne, 3-otwór

Wykład 6.

Pale  monolityczne.  Wykonywanie  pali  tego  typu  polega  na
wywierceniu  lub  wybiciu    w  gruncie  otworu,  w  którym
następnie  wlewa  się beton  i  ewentualnie  wpuszcza  zbrojenia.
Dzielimy  je  na  pale  w  otworach  wbijanych  i  pale  w  otworach
wierconych.
Pale  o  otworach  wierconych  mają powaŜne  zalety,  do  których
naleŜą:  zagęszczenie  się gruntu  wokół wybijanego  otworu,
szybkość wykonania, łatwość uzbrojenia pala.
Wadą tego  systemu  jest  wywoływanie  wstrząsów  [przy
wybijaniu,  co  moŜe  szkodliwie  oddziaływać na  sąsiednie
budynki.

Wykład 6.

Pale Compresso L. Wykonanie pala polega na wybijaniu otworu
w gruncie za pomocą cięŜkiego przybijaka zwanego taranem, aŜ

do  osiągnięcia  wymaganej
głębokości.  Następnie  na
dno  otworu  wrzuca  się
warstwy  kamieni  polnych,
zalewa  je  betonem  i  ubija
warstwami  tworząc  rodzaj
stopy  kamienno  betonowej
(rys.  6-5).  Dalej  betonuje
się pal  pod  warstwami  po
ok.  50cm  ubijając  kaŜdą
warstwę.

Rys. 6-5. Pal Compresso L. Kolejność wykonania

Wykład 6.

Pale Simplex. W grunt wbija się kafarem rurę o średnicy
30÷40cm zaopatrzoną w ostrze. Po wbiciu rury na wymaganą

głębokość następuje wtłaczanie
betonu do wnętrza (rys. 6-6)
z

jednoczesnym

ubijaniem,

co powoduje otwarcie się
ostrza i umoŜliwia stopniowe
wyciąganie rury. Górne odcinki
pala

Simplex

mogą

być

zbrojone.

Rys. 6-6. Pale Simplex. Kolejność wykonania

Wykład 6.

Pale Franki. Pale te, podobne w swej zasadzie do pali Simplex,
wykonuje się zamykając spód rury korkiem z betonu (rys. 6-7).
Korek ten jest od góry pobijany taranem, dzięki czemu opuszcza
się w grunt pociągając za sobą rurę. Po uzyskaniu poŜądanej

głębokości

rurę

unieruchamia się, a
następnie uderzenia
wybijają

korek

rury.
Betonowanie  pala  i
wyciąganie  z  rury
odbywa  się tak,  jak
w  poprzednim  typie
pala

Rys. 6-7. Pale Franki. Kolejność wykonywania.

6.3. Pale wykonywane w otworach wierconych

Wykład 6.

Zaletą tych  pali  w  porównaniu  z  poprzednimi  rodzajami
jest  brak  wstrząsów  wywołanych  wbijaniem.  Pale  takie
ponadto  łatwo  przechodzą przez  kamieniste  warstwy
gruntu.
Wadą pali  w  otworach  wierconych    jest  brak  zagęszczenia
gruntu wokół pala, poniewaŜ wiercenie otworu odbywa się
w podobny sposób jak przy badaniach gruntu.

Wykład 6.

Pale Straussa. Otwór wierci się rura wiertnicza średnicy 20-40cm
z jednoczesnym wydobywaniem urobku z jej wnętrza. Po
uzyskaniu wymaganej głębokości w dolnej części rury wykonuje
się korek betonowy. Dalej betonowanie pala przebiega warstwami

ubijaniem

betonu

i  wyciąganiem  rury  z
jednoczesnym  obracaniem
(rys.  6-8).  Ze  względu  na
konieczność

ubijania

betonu

zbrojenie

pali

Straussa

jest kłopotliwe

i wykonuje się je z siatki

stalowej w kształcie rury

Rys. 6-8. Pal Straussa. Kolejność wykonania.

Wykład 6.

6.4. Wbijanie pali

Urządzenie do wbijania pali lub wybijania otworów w gruncie
nazywa się kafarem. Jest to wieŜa o konstrukcji drewnianej lub
stalowej z prowadnicami pionowymi lub pochyłymi. Po

prowadnicy porusza się

młot

(taran,

baba),

który

jest

podnoszony

ręcznie

lub

mechanicznie na pomocą silnika
parowego lub spalinowego.
Po

osiągnięciu

wymaganej

wysokości

młot

samoczynnie

odczepia się od linki podnoszącej
i spada na głowicę pala wbijając
go w grunt. CięŜary młotów
wynoszą

400kg

5t,

wysokości spadu sięgają 15m.

Rys. 6-10. Kafar

Wykład 6.

6.5. Rozmieszczenie pali pod budynkiem

Ławy  lub  stropy  fundamentowe  oparte  na  palach  przekazują
obciąŜenia  budynku  na  pale,  a  te  z  kolei  na  grunt.  Stropy  na
palach nie róŜnią się od stóp opartych bezpośrednio  na podłoŜu
z tym, Ŝe z zasady wykonywane są jako Ŝelbetowe.
Ławy  fundamentowe  oparte  na  palach  są równieŜ Ŝelbetowe

i stanowią belki ciągłe oparte na słupach.

W planie budynku (rys. 6-11) rozmieszcza się pale pod
naroŜnikami i skrzyŜowaniami ław, a następnie pod filarami
międzyokiennymi

miejscami

specjalnie

obciąŜonymi

(np. ściany kominowe).
W ten sposób powstają współpracujące ze sobą grupy pali,
w których – ze względu na zagęszczenie gruntu – korzystnie jest
stosować skośny układ pali względem siebie

Wykład 6.

Odległość pomiędzy osiami pali przyjmuje się w zaleŜności od
rodzaju gruntu 0,08÷0,15 głębokości posadowienia pala poniŜej
poziomu terenu.
Głowice pali powinny być wpuszczone na ok. 20÷30cm w ławę
lub w stopę, a gdy spodziewamy się działania sił poziomych,
dobrze jest powiązać zbrojenia pala ze zbrojeniem fundamentu.

Specjalnym rozwiązaniem posadowienia budynku na palach jest
wykonanie rusztu Ŝelbetowego.
Ruszty na palach przypominają ruszty fundamentowe z tym
Ŝ

e, skrzyŜowania ław rusztów oparte są na palach.

Ławy stanowią belki ciągłe oparte na palach i są obciąŜone
ś

cianami budynku, lub płytą, na której spoczywa budynek.

Wykład 6.

Fundamenty na studniach. Studnia fundamentowa stanowi jakby
rurę o duŜej średnicy, umoŜliwiającą prace ludzi w środku,

zapuszczoną

w grunt aŜ

do  osiągnięcia  oparcia  na
gruncie nośnym.
Fundamenty  na  studniach
stosuje  się

w podobnych

warunkach jak pale z tym, Ŝe
ich  wykonanie  jest  bardziej
proste  i  nie  wymaga  takiego
sprzętu  jak  kafary  lub  wieŜe
wiertnicze.

Rys. 6-12. Studnie fundamentowe

Wykład 6.

6.6.

Rozmieszczenie studni fundamentowych pod

budynkiem

Studnie podobnie jak pale rozmieszcza się przede wszystkim
pod naroŜnikami i skrzyŜowaniami ścian oraz pod filarami
międzyokiennymi

Rozstaw studni podyktowany
jest zdolnością przeniesienia
obciąŜeń od budynku przez
ławę – belkę oparta na tych
studniach (rys. 6-13).

Rys. 6-10. Kafar

Wykład 6.

6.7. Fundamentowanie za pomocą kesonów

Do wykonywania robót pod wodą lub w gruntach bardzo silnie
nawodnionych stosuje się kesony.

Kesony są to  stalowe  lub  Ŝelbetowe  skrzynie  otwarte  dołem
i  zaopatrzone  na  krawędzi  w  nóŜ,  podobnie  jak  studnie.
W  stropie  kesonu  znajduje  się otwór,  przez  który  wchodzą doń
robotnicy  i przez  który usuwa  się urobek  oraz  tłoczy  powietrze
pod ciśnieniem. Po zagłębieniu kesonu na jego stropie buduje się
szyb  rurowy  zaopatrzony  w  śluzy  umoŜliwiające  wchodzenie
i  wychodzenie  z  kesonu  oraz  wydobywanie  ziemi  i  narzędzi
(rys. 6-14).

Wykład 6.

Praca w kesonie naleŜy
do

najcięŜszych

prac

fizycznych,

poniewaŜ

ciśnienie

wnętrzu

musi równowaŜyć napór
wody

keson.

względu

zdrowie

zatrudnionych ciśnienie
to

nie

powinno

przekraczać 3.0at.  praca
w  kesonie  moŜliwa  jest
tylko  do  głębokości  30m
poniŜej  poziomu  lustra
wody.

Rys. 6-14. Schemat działania kesonu.

Wykład 6.

Bibliografia (wykłady 3-6)

Wacław śenczykowski: „Budownictwo Ogólne”

tom

2/1 Elementy i konstrukcje budowlane, Warszawa, Arkady
1981

2. Zbigniew Mielczarek: „Budownictwo Ogólne”

cz. I.

Stan surowy budynku, Wyd. Politechnika Szczecińska,
Szczecin 1988

3. Eryk Mój, Śliwiński: Podstawy Budownictwa, cz. I, Kraków

1999

4. Krzysztof Tauszyński: „Budownictwo Ogólne”, Wyd.

Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1975