Geotechnika jako dziedzina wiedzy naukowej i technicznej. Przydatnoœć i potrzeba geotechniki w dziedzinach praktycznych:

Geotechnika - nauka o pracy i badaniach oœrodka gruntowego dla celów projektowania i wykonawstwa budowli ziemnych i podziemnych oraz fundamentów budynków i nawierzchni drogowych. Jest to nauka interdyscyplinarna, wykorzystująca gruntoznawstwo, mechanikę gruntów, fundamentowanie, geologię - w szczególnoœci inżynierską, chemię, fizykę, mechanikę, reologię etc.

Rodzaje fundamentów bezpoœrednich:

Fundamenty bezpoœrednie przekazują obciążenia budowli wprost na podłoże budowlane. Bezpoœrednie posadowienie budowli wykonane jest w wykopie otwartym, jest proste i stosunkowo tanie. Fundamenty bezpoœrednie mogą być posadowione na nieznacznej głębokoœci i wówczas nazywamy je płytkimi. Fundamenty posadowione 4-5 m poniżej terenu wymagające specjalnych technologii mimo, że przekazują bezpoœrednio obciążenie na podłoże gruntowe, nazywa się głębokimi.

Fundamenty bezpoœrednie dzielimy pod względem konstrukcyjnym na:

(a-b) pojedyncze stopy fundamentowe

(c) grupowe stopy fundamentowe

(d-e) fundamenty pasmowe

(f-g) ruszty fundamentowe

(h-i) płyty fundamentowe

(j-k) skrzynie fundamentowe

0x01 graphic

Fundamenty bezpoœrednie

Fundamenty bezpoœrednie dzielimy pod względem materiału z jakiego są wykonane na kamienne, ceglane, betonowe i żelbetowe. Ze względu na sposób wykonania dzielimy na: monolityczne, prefabrykowane i monolityczno-prefabrykowane. Ze względu na założenia obliczeniowe dzielimy na: sztywne, sprężyste, wiotkie.

Dokumentacja geotechniczna i geologiczno-inżynierska jako częœć składowa projektu konstrukcyjnego:

W zależnoœci od kategorii geotechnicznej ustala się mniej lub bardziej szczegółowy program badań terenowych i laboratoryjnych, a następnie na ich podstawie opracowuje się dokumentacje geologiczną.

Na podstawie wyników badań polowych i laboratoryjnych sporządza się dokumentację geotechniczną, która ma przedstawić rzeczywiste warunki i cechy podłoża gruntowego w miejscu usytuowania projektowanego obiektu budowlanego. Dokumentacja powinna podawać parametry geotechniczne, które umożliwia ocenę przydatnoœci podłoża projektowanego obiektu ... sporządzenie projektu posadowienia .Należy, zatem, uwzględnić w niej również charakterystykę konstrukcji projektowanego obiektu budowlanego.
Dokumentacja geotechniczna składa się z częœci opisowe i rysunkowej oraz załączników zawierających materiały dokumentacyjne (tabele wyników badań karty otworów wiertniczych, karty sondowań).

Dla pierwszej oraz drugiej kategorii geotechnicznej w prostych warunkach gruntowych dokumentacja geotechniczna jest wystarczającym materiałem potrzebnym do projektowania. W przypadku drugiej i trzeciej kategorii, gdy warunki gruntowe są bardziej złożone oprócz dokumentacji geotechnicznej należy wykonać także dokumentacje geologiczno-inżynierską, zgadnie z wymogami prawa geologicznego i górniczego.

Dokumentacja geotechniczna i geologiczno-inżynierska wykonuje się w oparciu o przygotowany i przedstawiony do zatwierdzenia “projekt prac geologicznych”, który jest dokumentem przedstawiającym dane dotyczące projektowanej budowy.

Projektanci budynków muszą odpowiednio wczeœnie przygotować taką dokumentację, ponieważ dla otrzymania pozwolenia na budowę, konieczne jest przedstawienie zatwierdzonej dokumentacji geotechnicznej i geologiczno-inżynierskiej.

Rodzaj warunków gruntowych:

Rozróżnia się następujące rodzaje warunków gruntowych:

1. proste warunki gruntowe - występujące w przypadku warstw gruntów jednorodnych genetycznie i litologicznie, równoległych do powierzchni terenu, nie obejmujących gruntów słabonoœnych, przy zwierciadle wody poniżej projektowanego poziomu posadowienia oraz braku występowania niekorzystnych zjawisk geologicznych.
2. złożone warunki gruntowe - występujące w przypadku warstw gruntów niejednorodnych, nieciągłych, zmiennych genetycznie i litologicznie, obejmujących grunty słabonoœne, przy zwierciadle wód gruntowych w poziomie projektowanego posadowienia i powyżej tego poziomu oraz przy braku występowania niekorzystnych zjawisk geologicznych,
3. skomplikowane warunki gruntowe - występujące w przypadku warstw gruntów objętych występowaniem niekorzystnych zjawisk geologicznych, zwłaszcza zjawisk i form krasowych, osuwiskowych, sufozyjnych, kurzawkowych, glacitektonicznych, na obszarach szkód górniczych, przy możliwych nieciągłych deformacjach górotworu oraz w centralnych obszarach delt rzek.

Podział obiektów na kategorie geotechniczne:

Kategoria I obejmuje:


Kategoria II obejmuje:

Kategoria III obejmuje:

Badania terenowe podłoża gruntowego. Zasady ustalanie iloœci i głębokoœci otworów badawczych:

Badania terenowe podłoża gruntowego prowadzone są za pomocą wierceń badawczych. Lokalizacja i głębokoœć wierceń zależy od charakteru projektowanej budowli, jaj przeznaczenia i eksploatacji, rodzaju konstrukcji, ciężaru, obciążeń, wrażliwoœci gruntu na osiadania, zagłębienia i rodzaju fundamentów i warunków geologicznych.

Oprócz wierceń badawczych przeprowadza się również badania za pomocą wykopów badawczych oraz sondowań sondami statycznymi i dynamicznymi.

Wiercenia badawcze dzielimy w zależnoœci od sposobu drążenia na: ręczne okrętne, ręczne okrętno-udarowe, mechaniczne obrotowe, mechaniczne udarowe. W skład urządzeń wiertniczych wchodzą: œwider ręczny, wieża wiertnicza, rury wiertnicze, narzędzia wiertnicze. Œwider ręczny jest najczęœciej wykorzystywany w badaniach terenowych. Umożliwia on zbadanie podłoża do 5-6 m poniżej poziomu terenu. W trakcie wierceń należy co 1 m i po każdej zmianie warstwy pobrać próbkę gruntu i przeprowadzić pełne badania makroskopowe urobku.

Co to są parametry geotechniczne i metody ich ustalania:

Parametry geotechniczne charakteryzują grunt i jego zachowanie pod wpływem czynników zewnętrznych. Parametry geotechniczne umożliwiają ocenę przydatnoœci podłoża gruntowego, co umożliwia prawidłowe zaprojektowanie posadowienia obiektu budowlanego, z uwzględnieniem wzajemnego oddziaływania na siebie podłoża i obiektu w czasie jego wykonywania, a następnie eksploatacja.

METODA A - Próbki są pobierane bez naruszenia struktury gruntu, z zachowaniem wilgotnoœci i porowatoœci. Polega na bezpoœrednim oznaczeniu parametru za pomocą polowych lub laboratoryjnych badań gruntów, wykonywanych zgodnie z normą PN-74/B-04452 i PN-88/B-04481 oraz innymi wymaganiami.

METODA B - próbki są pobierane z zachowaniem wilgotnoœci i składem ziarnowym. Polega na oznaczeniu wartoœci parametru na podstawie ustalonych zależnoœci korelacyjnych między parametrami fizycznymi a wytrzymałoœciowymi a innymi parametrami wyznaczonymi metodą A.

METODA C - próbki umożliwiają jedynie okreœlenie stanu ziarnowego. Polega na przyjęciu wartoœci okreœlonych na podstawie praktycznych doœwiadczeń budownictwa na innych podobnych terenach uzyskanych dla budowli o podobnej konstrukcji i zbliżonych obciążeniach.

Zasady projektowania bezpoœredniego - dane do projektowania i głębokoœć posadowienia:

Dane do projektowania powinny zawierać aktualne informacje techniczne o projektowanej budowli oraz dane o gruntach:

Przy ustalaniu głębokoœci posadowienia uwzględniamy:

Głębokoœć posadowienia powinna spełniać warunki:

Noœnoœć podłoża i wymiarowanie posadowień bezpoœrednich:

Wymiary podstawy fundamentów zależy ustalać z zachowaniem następujących warunków:

Noœnoœć podłoża gruntowego - rozumiane jako możliwoœć przejęcia obciążeń przekazywanych przez fundamenty na podłoże gruntowe. Noœnoœć podłoża gruntowego wyznacza się zgodnie z normą PN-81/B-03020, według następujących dwóch stanów granicznych:

I stan graniczny dotyczy noœnoœci podłoża gruntowego

II stan graniczny dotyczy przemieszczeń podłoża gruntowego oraz konstrukcji noœnej budowli.

Rodzaje I stanu granicznego:

Do I stanu granicznego zalicza się:

Objawami I stanu granicznego mogą być:

Obliczenia uproszczone wg I stanu granicznego:

Przy obliczaniu noœnoœci według pierwszego stanu granicznego wartoœć obliczeniowa Qr powinna spełniać warunek ? Qr?mQf, gdzie Qf-obliczeniowy opór graniczny podłoża przeciwstawiający się temu obciążeniu; m-współczynnik korekcyjny, którego wartoœć zależy od metody obliczenia Qf

Obliczenie wg II stanu granicznego:

Strzałka ugięcia budowli:

Strzałkę ugięcia budowli wyznacza się uwzględniając trzy najniekorzystniejsze osiadające fundamenty, leżące w planie na linii prostej, według wzory ? f0 = 1/l(l*s0-l1*s2-l2*s1). Wszystkie wielkoœci są przedstawione w normie PN-81/B-03020 na rys.9. Wartoœci dopuszczalne strzałki ugięcia oscylują między 5 a 15 cm i są zależne od rodzaju budowli.

Wykopy fundamentowe otwarte i rozparte:

Wykop otwarty - jest to wykop bez żadnego zabezpieczenia skarp wykopu. Ze względu na statecznoœć, wykopy mają odpowiednie nachylenie skarpy. W gruntach spoistych można wyznaczyć głębokoœć, do której utrzymuje się œciana bez żadnego zabezpieczenia. Głębokoœć tą można obliczyć ze wzoru, opartego na teorii Rankine'a. Praktycznie jednak, ze względu na możliwoœć spękań lub działania wody deszczowej, wolno nie zabezpieczać œcian tylko do głębokoœci 1 m. Nachylenie skarpy jest zależne od rodzaju gruntów, głębokoœć wykopy... Dla zwiększenia statecznoœci skarp należy wykonać półki poziome.

Wykop rozparty - jest to wykop, który ma umocnione skarpy. Umocnienie œcian wykopów ma za zadanie zabezpieczenie przed ich osunięciem się. Typowe rozparcia i podparcia wykopów mogą być stosowane do zabezpieczenia œcian wykopów do głębokoœci 4,0 m w warunkach, gdy w bezpoœrednim sąsiedztwie wykopu nie przewiduje się wystąpienia obciążeń spowodowanych przez budowlę, œrodki transportu, składowany materiał, urobek gruntu itp. oraz jeżeli warunki wykonania robót nie stawiają specjalnych wymagań.
W innych przypadkach sposób rozparcia lub podparcia wykopów powinien być okreœlony
w projekcie. W skład najprostszych umocnień œcian wchodzą:

Zabezpieczenie wykopów fundamentowych:

Podział wykopów fundamentowych ze względu na zabezpieczenie œcian: otwarte, rozparte, podparte, zakotwiczone.

Wykopy wąskie i głęboki wykonuje się ze œciankami pionowymi z odpowiednimi zabezpieczeniami. Pionowe œciany wykopów w gruntach niespoistych muszą być zawsze umocnione. W gruntach spoistych można wyznaczyć głębokoœć, do której utrzymuje się œciana bez żadnego zabezpieczenia. Głębokoœć tą można obliczyć ze wzoru, opartego na teorii Rankine'a. Praktycznie jednak, ze względu na możliwoœć spękań lub działania wody deszczowej, wolno nie zabezpieczać œcian tylko do głębokoœci 1 m.

0x01 graphic

Wykopy wąskie rozpiera się konstrukcjami rozporowymi przejmującymi nacisk gruntu. Konstrukcja taka opiera się o przeciwległe œciany. Rodzaj i sposób wykonania takiej konstrukcji mogą być różne (zależne od rodzaju gruntu i jego nawodnienia).

Wykopy szerokie mogą być również rozpierane, lecz długoœć rozpór będzie znacznie większa niż w wykopach wąskich. Dlatego też rozpory należy podpierać w celu zabezpieczenia ich przed wyboczeniem, przed ugięciem pod działaniem ciężaru własnego i momentu zginającego od siły œciskającej.

Jeżeli wykop szerokoprzestrzenny jest zbyt szeroki i wprowadzenie konstrukcji rozpierającej wymagało by dużej iloœci materiałów, to stosuję się podpieranie deskowania zastrzałami ukoœnymi(a).

0x01 graphic

Jeżeli poza konturem wykopu dysponuje się odpowiednio szerokim pasem terenu, to można stosować do podtrzymanie obudowy wykopów za pomocą cięgien i kotwi płytowych lub blokowych(b).

Wykopy zabezpiecza się również tak zwaną œcianką berlińską. Metoda ta polega na wbiciu pionowych elementów stalowych lub betonowych połączonych ze sobą w szczelną œcianę i rozpartych na szczytach wystających ponad ziemię. Pomiędzy œciankami można wówczas w sposób bezpieczny dla budowniczych wybrać ziemię i prowadzić pracę. Metoda ta jest bardzo przydatna podczas prac w œcisłej zabudowie miejskiej, gdyż nie narusza struktur i naprężeń gruntu w bezpoœrednim sąsiedztwie fundamentów.

Zasady posadowienia fundamentów obok sąsiada:

Zawsze staramy się posadowić fundament na tym samym poziomie co fundament sąsiada.

Metody obliczania statecznoœci skarp wykopów i zboczy:

SKARPA - zewnętrzna umocniona boczna powierzchnia nasypu lub wykopy, o kształcie i nachyleniu dostosowanym do właœciwego gruntu i lokalnych uwarunkowań.

Analiza statecznoœci skarp w praktyce inżynierskiej najczęœciej dokonywane są metodami paskowymi, z reguły zakładającymi kołowe powierzchnie poœlizgu. Z poœród tych metod najpopularniejsza jest metoda szwedzka (Felleniusa) i metoda Bishopa. Statecznoœć zboczy oblicza się metodami: Masława-Berera (w przypadku łamanej powierzchni poœlizgu), Felleniusa (zakłada, że potencjalne powierzchnie poœlizgu są kołowo-walcowe), Bishopa, K?zdiego. Obecnie coraz częœciej stosuje się analizę numeryczną za pomocą metody elementów skończonych, nie obarczoną założeniami o kształcie powierzchni poœlizgu.

Statecznoœć zboczy może być tylko wtedy zapewniona, gdy zostaną spełnione cztery warunki:

Ochrona podłoża gruntowego:

Uwzględnienie działania ciœnienia spływowego na grunty poniżej dna wykopu fundamentowego:

Ciœnienie spływowe - ciœnienie działające na cząstki gruntu wskutek filtracji wody i skierowane zgodnie z jej kierunkiem

Ciœnienie spływowe krytyczne - ciœnienie spływowe, przy którym następuje przejœcie gruntu w stan płynny po przekroczeniu pewnej prędkoœci (krytycznej) przesączającej się wody.

Ciœnienie spływowe może powodować utrudnienia w wykonawstwie wykopów i naruszenie równowagi skarp wykopów lub zboczy.

Ochrona obiektów przed wodą i wilgocią gruntową:

Obiekty budowlane należy tak zabezpieczyć przed działaniem wody gruntowej, aby zapewnić trwałoœć fundamentu, oraz sam obiekt chronić przed szkodliwym zawilgoceniem. Zawilgocenie œcian piwnic budynku często uniemożliwia ich eksploatowanie. Wyróżnia się dwa sposoby ochrony obiektów przed działaniem wody gruntowej: ochronę czynną i bierną.

Ochrona czynna polega na trwałym sztucznym obniżeniu poziomu zwierciadła wód gruntowych za pomocą drenażu poziomego lub pionowego. Może zaistnieć również taka potrzeba iż będzie trzeba połączyć oba drenaże.

Ochrona bierna polega na wykonaniu:

Osłony wodoszczelne chronią budynek i jego fundamenty przed wodami przepływającymi, Natomiast izolacja przeciwwilgotnoœciowe chronią œciany fundamentów przed działaniem wód grawitacyjnych i kapilarnych.

Metody tymczasowego odwodnienia wykopów fundamentowych:

Odwadnianie wykopów polega na usunięciu wody z wykopu w zakresie niezbędnym do uzyskania jak najlepszych warunków budowy, przy czym należy zwracać uwagę, żeby struktura podłoża, ze względu na trwałoœć wznoszonej budowli, nie została naruszona w stopniu większym od dopuszczalnego.

Rozróżnia się trzy sposoby odwadniania wykopów:

1) odwodnienie bezpoœrednie (powierzchniowe)

0x01 graphic

Polega ono na ujęciu wody bezpoœrednio w wykopie, po jej przeniknięciu przez powierzchnię skarpy i dna wykopu. Odwodnienie powierzchniowe działki możemy wykonać przez wbudowanie systemu rowków odwadniających. Rowków tych nie należy prowadzić wzdłuż lub pod projektowanymi œcianami, aby nie zmniejszyć noœnoœci podłoża. W wykopie o dużych wymiarach należy zebrać wodę małymi rowkami wpadającymi do rowu głównego, który prowadzi wodę do dołu lub studni, umieszczonej w obrębie projektowanego fundamentu. Woda dostająca się do tych studzienek zbiorczych jest odpompowywana na zewnątrz wykopu. Rowki należy wypełniać tłuczkiem lub żwirem i pokryć je deskami. W czasie wykonywania wykopów rowki należy systematycznie pogłębiać.

2) odwodnienie wgłębne

Polega na ujęciu wody w głębi gruntu za pomocą różnych instalacji depresyjnych. W zależnoœci od kierunku lud odchylenia wbudowanych drenów od pionu, odwodnienia wgłębne mogą być pionowe, poziome i ukoœne. Ze względy na głębokoœć odwodnienia dzielimy je na płytki (do 8 m), œredniej głębokoœci (do 20 m) oraz na głęboki (powyżej 20 m). Ze względu na rozmieszczenie w pionie, odwodnienie wgłębne możemy podzielić na jednopiętrowe, dwupiętrowe oraz na trójpiętrowe:

0x01 graphic

Odwodnienie mieszane

0x01 graphic

Polega na częœciowym ujęciu wody w głębi gruntu i częœciowym bezpoœrednio w wykopie.

Zakres zastosowania wymiennych sposobów odwadniania zależy od warunków miejscowych, do których zalicza się:

Odwodnienie stałe budowli:

Odwodnienie stałe budowli polega na trwałym sztucznym obniżeniu poziomu zwierciadła wód gruntowych za pomocą drenażu poziomego.

Drenowanie poziome składa się z sączków i studzienek. Stosuje się je dla trwałego odwodnienia budowli lub jako drenaż roboczy.

Podział drenów poziomych:

Drenaż czołowy i brzegowy.

0x01 graphic


0x01 graphic

Drenaż opaskowy:

0x01 graphic

Drenaż opaskowy to instalacja z rur perforowanych, posiadających otwory, która ułożona jest wokół budynku na poziomie fundamentów. Celem wykonania drenażu opaskowego jest ochrona œcian fundamentów lub piwnic przed niszczącym działaniem wody i wilgoci. Przed wykonaniem drenażu konieczne jest odpowiednie zabezpieczenie fundamentów. Wykopy, w których umieszcza się rury, powinny być wykonane wkoło domu na głębokoœci około1,5 m. Rury drenarskie mocuje się na œcisk do studzienek. W najwyższych i najniższych punktach systemu drenarskiego, przy każdej

zmianie kierunku oraz przy bocznych podłączeniach umieszcza się studzienki. Studzienki należy zamontować przed rozprowadzeniem między nimi rur drenarskich. Rury drenarskie układa się w przygotowanym wykopie na 15-centymetrowej warstwie filtracji z granulowanego keramzytu œr. 10-20 mm lub żwiru. Ważne jest, aby w kierunku studzienki występował spadek instalacji od 0,5 do 2 proc. Powierzchnia rur drenarskich jest perforowana - na całej długoœci posiada otwory, którymi woda z każdego kierunku przedostaje się do jej wnętrza, a następnie spływa do studzienki. Drenaż opaskowy należy przysypać obsypką filtracyjną np. z keramzytu, która zabezpieczy przed przedostaniem się do œrodka rury zanieczyszczeń oraz przed zatykaniem jej otworów perforacyjnych. Górny otwór studzienki - tzw. właz rewizyjno - kontrolny pokrywa się z teleskopem (żeliwną pokrywą), która wytrzymuje nacisk do 5 ton. Właz teleskopowy pozwala na regulowanie wysokoœci swojego posadowienia w stosunku do wykonanej nawierzchni ostatecznej. Magazynowana w studzience woda pochodząca z systemu drenarskiego odprowadzana jest do studni rozsączającej.

Podstawowe metody wzmacniania gruntów:

Rodzaje wód gruntowych:

Woda gruntowa to zasoby wody w podziemnych warstwach skał, zwanych warstwą wodonoœną. Jest ona zasilana przez wody opadowe, które przenikają przez warstwy przepuszczalne dla wody i zatrzymują się ponad warstwami nieprzepuszczalnymi. Poziom wód gruntowych zależy przede wszystkim od iloœci opadów atmosferycznych, ale także od ciœnienia atmosferycznego oraz jej zużywania przez człowieka.

Woda w gruntach skalistych może występować jako:

Woda w gruntach nieskalistych może występować jako:

Woda błonkowa - wskutek działania sił absorpcji cząstki szkieletu gruntowego są otoczone błoną wody silnie związanej z powierzchnią cząstek.

Woda kapilarna - pory w szkielecie tworzą przestrzenną siatkę naczyń połączonych, w których woda może podciągać się ku górze ponad zwierciadło wody wolnej.

Woda wolna - przyjmuje się, że na wodę gruntową działa tylko siła ciężkoœci, wobec czego podlega ona prawą hydrauliki (filtracji) w oœrodkach porowatych.

Fundamenty poœrednie:

Fundamenty poœrednie to takie fundamenty, które w sposób poœredni przekazują obciążenia konstrukcyjne na głębiej zalegające warstwy noœne podłoża gruntowego, przez dodatkowe elementy wprowadzone lub uformowane w gruncie, np. w postaci pali, studni, kesonów czy œcianek szczelnych. U góry tych elementów wykonuje się właœciwy fundament, który łączy się z budowlą. Przykładem tego rodzaju fundamentów może być ruszt fundamentowy na palach.

Podział pali pod względem pracy, materiału i wykonawstwa:

Fundamenty palowe stanowią odmianę fundamentów poœrednich (głębokich). Obciążenia z budowli przenoszone są przez pale na głębsze warstwy gruntu, bardziej wytrzymałe od warstw powierzchniowych.

0x01 graphic

Pale klasyfikujemy pod względem:

Pale prefabrykowane można wbijać, wkręcać, wprowadzać w grunt za pomocą prądu wody (wpłukiwanie), wciskać i wwibrowywać.

Pale mogą być wykonane w gruncie w różny sposób z tym, że wszystkie technologie można podzielić na takie kategorie:

Znajomoœć technologii wykonywania pali Mega, Franki, Wofsholza, Wierconych, CFA:

Pale pneumatyczne WOLFSHOLZA. Dla tego typu pali odwierca się otwory w gruncie wywiercając urobek urządzeniami wiertniczymi. Beton w stanie plastycznym podaje się przez pompę betonową o ciągłym wpływie do rury wiertniczej. Rura wiertnicza jest u góry hermetycznie zamknięta. Oprócz betonu przez rurę wprowadza się też powietrze sprężone. Sprężone powietrze ma za zadanie usunięcia wody gruntowej z rury, a także powoduje docisk betonu do gruntu przy jednoczesnym podnoszeniu rury wiertniczej.

PALE FRANKI wykonuje się w rurze płaszczowej, wprowadzonej w grunt przez ubijanie korka betonowego znajdującego się u spodu rury. Korek jest wbijany za pomocą ubijaka, co powoduje jednoczesne zagłębianie się rury. Zmniejszająca się objętoœć korka, dzięki skomprymowaniu betonu i częœciowemu wybijaniu go z rury, musi być stale uzupełniana przez dosypywanie œwieżego betonu w takiej iloœci, by korek sięgał przynajmniej 40-60cm ponad dolną krawędŸ rury. Postępując w ten sposób doprowadza się rurę do projektowanej głębokoœci. Następnie ubijanie trwa jednoczeœnie ze stopniowym podnoszeniem rury.

PALE CFA wykonuje się za pomocą typowej palownicy, która podtrzymuje ciągły œwider i stół obrotowy oraz umożliwia przyłożenie pionowego nacisku w czasie wiercenia. Spirala œwidra, owinięta jest na rurze. W czasie wiercenia wnętrze rury wypełnia się betonem i utrzymuje lekkie ciœnienie betonu dla zapobieżenia penetracji gruntu i wody do wnętrza œwidra. Po osiągnięciu projektowanej głębokoœci następuje faza stopniowego podciągania zablokowanego œwidra i betonowania trzonu pala pod ciœnieniem. Betonowanie pod ciœnieniem zapewnia uzyskanie dobrego kontaktu z gruntem na pobocznicy pala i pozwala na osiągnięcie projektowanych noœnoœci pala już przy niedużych zagłębieniach w podłoże noœne. Po zakończeniu betonowania do trzonu wprowadza się zbrojenie pala.

Elementy konstrukcyjne pala:

Dolny koniec pola nazywa się ostrzem lub podstawą. Ostrze może być zaostrzona lub rozszerzone. Górny koniec pala jest zwykle tępo œcięty i nosi nazwę głowicy. Powierchnia boczna pala jest nazywana pobocznicą.

W skład fundamentu na palach wchodzi zawsze ruszt, zwany często konstrukcją oczepową lub wieńcową oraz pale przekazujące obciążenia na podłoże budowlane.

Obliczenie noœnoœci pali:

Noœnoœć pala lub grupy pali musi wynikać z warunku równowagi sił w otaczającym go gruncie. Należy uwzględnić wzajemny wpływ oporu tarcia na pobocznicy pala i noœnoœć podłoża pod dolnym końcem pala.

Obciążenie obliczeniowe Qr działające wzdłuż pala powinno spełniać warunek:

Qr ? mNt

Obliczeniową noœnoœć pala wciskanego oblicza się za pomocą:

Nt = Np + Ns = Sp*qr*Ap+?Ssi*tir*Asi [kN]

natomiast pala wyciąganego za pomocą wzoru:

Nw = ?Ssw*tir*Asi [kN]

Nt -obliczeniowa noœnoœć pala wciskanego

Np -opór podstawy pala

Ns -opór pobocznicy pala

Nw -obliczeniowa noœnoœć pala wyciąganego

Ap-pole przekroju poprzecznego pala wyciąganego

Asi -pole pobocznicy pala zagłębionego w gruncie

qr-jednostkowa, obliczeniowa wytrzymałoœć gruntu pod podstawą pala

tir-jednostkowa, obliczeniowa wytrzymałoœć gruntu wzdłuż pobocznicy pola w obrębie warstwy

Ssw, Ssi, Sp -współczynniki technologiczne

Metody sprawdzenia noœnoœci pali:

W celu sprawdzenie noœnoœci pali przeprowadza się próbne obciążenie pala w terenie. Wyniki próbnych obciążeń stanowią podstawę do ewentualnych zmian w projekcie palowania. Wartoœci obciążeń próbnych wciskających lub wyciągających należy projektować na siłę półtorakrotnej wartoœci noœnoœci pala wciskanego lub wyciąganego. Próbne obciążenie boczne należy projektować na siły co najmniej póltorakrotnie wyższe od obciążenia charakterystycznego pala. Urządzenia do sprawdzania noœnoœci pali w terenie składają się z:

Między wykonaniem pala a sprawdzeniem jego noœnoœci powinien upłynąć czas podany w tab. 14 normy PN-83/B-02482. Termin ten zależny jest od rodzaju gruntu i rodzaju pali.

Mikropale i pale dużych œrednic:

Pale wielkowymiarowe to pale wykonywane w gruncie o œrednicach większych od pali wbijanych, których wykonanie i zagłębianie jest nieopłacalne bez użycia odpowiednich urządzeń. Dolna granica wymiaru œrednicy pala wielkowymiarowego to 1m, zaœ górna granica stale się zwiększa. Metody wykonywania pali wielkowymiarowych to metoda Benoty, Salzgittera, HW, pale rurowe. Pale wielkowymiarowe są coraz bardziej popularne i wypierają powoli fundamenty studniowe i kesonowe.

Mikropale iniekcyjne stosowane są do budowy nowych, jak i wzmacniania istniejących fundamentów. Niezależnie od odmiany technologia wykonywania mikropali jest identyczna i sprowadza się do wiercenia udarowo-obrotowego specjalnymi żerdziami z jednoczesną iniekcją zaczynem cementowym. Pierwszy odcinek żerdzi rurowej zaopatrzony jest
w koronkę skrawającą grunt. Żerdzie są przedłużane poprzez łączenie ich na mufy. Iniekcja cementowa spełnia jednoczeœnie rolę płuczki wiertniczej oraz tworzy buławę pala wokół żerdzi. Do zaczynu cementowego dodawany jest œrodek przeciwdziałający skurczowi. Zasadniczym czynnikiem pogrążającym żerdzie jest moment obrotowy i nacisk pionowy agregatu wiertniczego wiertnicy. Udar stosuje się wyłącznie w przypadku natrafienia na przeszkody w gruncie takie jak, np. kamienie bądŸ gruz budowlany. Nawet w takim przypadku wiercenia nie powoduje znaczących wstrząsów.
Wiercenie w osłonie iniekcji cementowej nie powoduje kraterów wokół tworzonego pala, przeciwnie - penetracja zaczynu powoduje petryfikację gruntu wokół trzonu pala.
Inną zaletą systemu jest możliwoœć łączenia żerdzi o dowolnych długoœciach - dzięki temu możliwe jest stosowanie miniwiertnic w niskich pomieszczeniach, np. piwnicznych.
Specjalne mufy zapewniają prostoliniowoœć pali oraz dużą wytrzymałoœć na wyboczenie.
Prostota systemu, wynikająca w zasadzie z jednej czynnoœci, czyli wiercenia
i jednoczesnej iniekcji, zapewnia dużą wydajnoœć na zmianę roboczą.
Zaletą systemu jest też prostota ukształtowania głowicy pali, polegająca na obcięciu żerdzi i przyspawaniu do niej płyty stalowej.

Pale “get grouting”:

Studnie fundamentowe:

Fundamentowanie na studniach polega na zapuszczeniu w gruncie pod wpływem wydobycia urobku studni murowanych, betonowych lub żelbetowych od dołu i góry otwartych, wykonywanych stopniowa w miarę ich opuszczania.

Studnie te po wprowadzeniu do odpowiedniego poziomu wypełnia się betonem lub innym materiałem budowlanym, stanowią one podstawę budowli, przenosząc jej ciężar na głębiej leżącą warstwę noœną.

Metody zapuszczania studni są pokazane na rysunku poniżej:

a) w gruncie suchym

b) w gruncie nasyconym wodą przy równoczesnym obniżaniu poziomu zwierciadła wody gruntowej

w gruncie nawodnionym przez bagrowanie

0x01 graphic

Kształt studni bywa różny. Dotyczy to zarówno przekroju poziomego jak i pionowego.

0x01 graphic

Przekroje poziome studni:

a) kolisty

b) kwadratowy

c) dwuprzedziałowy

d)dwurzędowy układ podziałów

0x01 graphic

Przekroje pionowe studni:

a) œciany pionowe bez odsadzek

b) œcianka poprzeczna i pogrubiona

c) œcianka poprzeczna i pogrubiona, poszerzona

d) z odsadzką w dołu

e) z odsadzką w dołu, poszerzona

Ogólnie studnie fundamentowe można podzielić na trzy grupy:

studnie murowane (z cegły, klinkieru lub prefabrykowanych elementów, kształtówek betonowych) na zaprawie cementowej

studnie betonowe lub żelbetowe wykonane na placu budowy

studnie betonowe lub żelbetowe wykonane w zakładach prefabrykacyjnych

Przy zagłębianiu studni często spotykamy się z różnego rodzaju trudnoœciami, jak na przykład odchylenie studni od pionu.

Najprostszym i najczęstszym sposobem doprowadzenia studni do położenia pionowego jest intensywne wybieranie gruntu z wnętrza studni od strony mniejszego zagłębienia noża i jednoczesne wolniejsze podkopywanie strony przeciwległej. Studnię można wyprostować wykonując zewnętrzny wykop z jednej strony, na którą chcemy studnie przechylić; z przeciwnej strony zwiększamy parcie gruntu robiąc nasyp.

0x01 graphic

Wyprostowanie pochylonej studni (po lewej);

Sposób rozwiązania zaklinowanej studni przez jej obciążenie (po prawej)

Studnie podczas zagłębiania ulegają też zaklinowani. Aby zlikwidować ten problem należy zmniejszyć tarcie stosując płuczkę lub zwiększyć ciężar studni dodatkowo ją obciążając.

Parcie, opór gruntu i parcie spoczynkowe:

PARCIE GRANICZNE gruntu niespoistego można wyznaczyć na podstawie następujących założeń:

-oœrodek gruntowy jest jednorodny

-powierzchnia poœlizgu jest płaszczyzną nachyloną do poziomu pod kątem ?

-wzdłuż powierzchni poœlizgu spełniony jest związek

?= ?n tg?(n)

-reakcja od ciężaru klina odłamu jest odchylona od normalnej do płaszczyzny poœlizgu o kąt ?(n)

-parcie jest odchylone od normalnej do œciany pod kątem ?2(n)

Dla œciany pionowej obciążonej równomiernie ?2(n)=0 jednostkowe parcie graniczne należy wyznaczyć ze wzoru:

ea=?(n)(z+hz)Kacos?

?(n)-wartoœć charakterystyczna ciężaru objętoœciowego gruntu

Ka-współczynnik parcia granicznego gruntu, wyznaczany według wzoru Ka=tg2(45?-?(n) /2)

Dla œciany nachylonej obciążonej równomiernie, ?2(n)? 0 jednostkowe parcie graniczne gruntu oblicza się z tego samego wzoru co dla œciany pionowej, lecz współczynnik parcia granicznego wyznacza się z bardziej skomplikowanej zależnoœci.

ODPÓR GRANICZNY GRUNTU można wyznaczy na podstawie założeń przedstawionych wyżej i przy przyjęciu współczynnika korekcyjnego ? według tablicy 4 normy PN-83/B-03010, uwzględniającego błąd, jaki popełnia się zakładając płaską powierzchnię klina odłamu.

Dla œciany pionowej obciążonej równomiernie ?2(n)=0 jednostkowe odpór graniczny należy wyznaczyć ze wzoru:

ep=? ?(n)(z+hz)Kpcos?

Kp-analogicznie co do parcia

Dla œciany nachylonej obciążonej równomiernie, ?2(n)? 0 jednostkowe odpór graniczny gruntu oblicza się z tego samego wzoru co dla œciany pionowej, lecz współczynnik parcia granicznego wyznacza się z bardziej skomplikowanej zależnoœci.

PARCIE SPOCZYNKOWE GRUNTU należy wyznaczyć przy założeniu, że składowe jednostkowego parcia spoczynkowego gruntu są równe odpowiednim składowym naprężenia w jednorodnym izotropowym oœrodku sprężystym. Naprężenia wywołane ciężarem własnym gruntu należy przyjmować przy uwzględnieniu zalegania różnych warstw gruntu, wyporu wód gruntowych i ciœnienia spływowego.

Dla œciany pionowej obciążonej równomiernie jednostkowe parcie spoczynkowe e0 należy wyznaczyć ze wzoru:

e0=? ?(n)(z+hz)K0cos?

K0-analogicznie co do parcia

Wypadkowa parcia spoczynkowego gruntu należy wyznaczyć z wzoru:

E0=0,5?(n)h2K0+qn*h*K0

qn-wartoœć charakterystyczna równomiernego obciążenia naziomu

Dla œciany nachylonej parcie spoczynkowe należy wyznaczyć ze wzoru:

?(n) (z)=arc sin v/(1-v)

Dane wielkoœci występują przy wykonywaniu odliczeń obciążenia dla œcian oporowych.

Œcianki szczelne:

Œcianki szczelne mogą wchodzić w skład pomocniczych budowli tymczasowych, takich ja grodze, lub same mogą tworzyć tymczasowe konstrukcje pomocnicze. Zadaniem ich jest szczelne ograniczenie wykopów fundamentowych, czyli zapobieganie przenikania wody gruntowej i samego gruntu do œrodka prowadzonego wykopu.

Œcianki szczelne po wykonaniu fundamentu są usuwane, w celu dalszego ich wykorzystania, lub też po drobnej obróbce mogą w chodzić na stałe w skład konstrukcji.

Wyróżnia się trzy typy konstrukcji, w których œcianka szczelna jest stałym elementem tej konstrukcji:

Podział œcianek szczelnych:

a) drewniane

b) stalowe

betonowe (także żelbetowe i z betonu sprężonego)

Œcianki szczelne wykonywane w gruncie:

Œcianki betonowe i żelbetowe często wykonuje się bezpoœrednio w gruncie. Wyróżnia się dwa sposoby ich wykonywania:

formowanie z pojedynczych pali w taki sposób, aby pale zachodziły wzajemnie na siebie

w postaci szczelnych ekranów wykonywanych w wąskich wykopach

Œcianki szczelinowe:

Œcianki szczelinowe są wykonywane w wąskich i głębokich wykopach. Œciany wykopu utrzymywane są przez bentonit, specjalną zawiesinę tiksotropową. Po wykonaniu szczeliny na projektowaną głębokoœć wypełnia się ją betonem. Betonuje się najczęœciej metodom betonowanie podwodnego (Contactora). Beton wypiera bentonit tworząc œciankę betonową. Do takiego wykopu z bentonitem można też wprowadzić prefabrykaty żelbetowe.

Œcianki szczelinowe, podobnie jak szczelne, mogą być utwierdzone w podłożu, a u góry swobodnie podparte lub kotwione. Podparcie jest wygodniejsze w zamontowaniu, ale zabiera więcej miejsca, dlatego częœciej są stosowane zakotwiczenia liniowe. Są one ekonomiczne i bardzo praktyczne, wymagają jednak dysponowania odpowiednim sprzętem wiertniczym.

Metody wzmacniania podłoża:

Wymiana gruntu:

Przy nieznacznej gruboœci warstwy słabej, występującej w poziomie posadowienia, najbardziej opłacalnym sposobem podwyższenia wytrzymałoœci podłoża jest wymiana tej warstwy na warstwę piaskową lub żwirową. Sposób ten jest bardzo przydatny szczególnie w przypadku warstw pochodzenia organicznego lub w bardzo zanieczyszczonych domieszkami organicznymi gruntach pylastych. Przy wymianie gruntu gruboœć poduszki piaskowej ustala się w zależnoœci od warunków geologicznych. Gruboœć i szerokoœć poduszki przyjmuje się takie, aby obliczeniowe czy normowe obciążenie podłoża nie przewyższało wytrzymałoœci gruntu rodzimego (jeżeli pod warstwą słabą występuje grunt o noœnoœci mniejszej niż noœnoœć poduszki). Jeżeli pod warstwą umowna występuje podłoże o dużej noœnoœci to gruboœć poduszki równa się odległoœci między podstawą fundamentu a stropem warstwy noœnej.

Wstępne przeciążenie gruntu:

Wstępne obciążenia podłoża gruntowego polegają na usypaniu na obszarze przyszłej budowy odpowiednio wysokiego wału ziemnego lud narzutu kamiennego. Pod wpływem tego ciężaru grunt osiada i zagęszcza się. Następnie nasyp czy narzut usuwa się, a na jego miejsce wznosi się projektowaną budowlę. Potrzebną wielkoœć obciążenia oraz pole objętego obszaru wyznacza się przez wykreœlenie granic stref aktywnych oraz krzywych zanikania naprężeń dodatkowych zarówno dla nasypu, wstępnie obciążonego podłoże, jak i dla projektowanej budowy. Sposób ten wykorzystuje się najczęœciej do zagęszczenie słabych gruntów spoistych, po wczeœniejszym wykonaniu w podłożu drenów piaskowych.

Dreny piaskowe:

Konsystencja i noœnoœć gruntu spoistego zależy od wilgotnoœci. Wiadomo, że zmiany wilgotnoœci w dużych masach gruntu spoistego są bardzo powolne. Dlatego przy wstępnym obciążeniu podłoża stosuje się też dreny piaskowe, aby umożliwić i przyspieszyć odpływ wody z porów gruntu. Dreny piaskowe są wykonywane w gruncie za pomocą pionowych sączków, wypełnionych materiałem o znacznie lepszej przepuszczalnoœci (słupy piaskowe)niż grunt występujący na danym terenie. Dreny Skracają drogę przepływu wypieranej wody.

Zagęszczanie gruntów.

Zagęszczanie gruntów można uzyskać przez:

Użycia odpowiedniego sposobu zagęszczenie gruntu jest zależne od rodzaju gruntu.

Wstępne obciążenia podłoża gruntowego polegają na usypaniu na obszarze przyszłej budowy odpowiednio wysokiego wału ziemnego lud narzutu kamiennego. Pod wpływem tego ciężaru grunt osiada i zagęszcza się. Następnie nasyp czy narzut usuwa się, a na jego miejsce wznosi się projektowaną budowlę.

Konsystencja i noœnoœć gruntu spoistego zależy od wilgotnoœci. Dlatego przy wstępnym obciążeniu podłoża stosuje się też dreny piaskowe, aby umożliwić i przyspieszyć odpływ wody z porów gruntu.

Wibrowanie gruntu polega na wprowadzeniu do sypkiego gruntu wibratora napędzanego elektrycznie. W ten sposób zagęszcza się stopniowo (przez podciąganie wibratora ku górze) odcinkami grunt na całej przewidywanej głębokoœci.

Pale piaskowe wprowadza się pod ciœnieniem do gruntu sypkiego, co powoduje jego zagęszczenie wokół wciskanego pala, gdyż rozpiera on ziarna gruntu na boki i wciska je między inne ziarna.

W celu wzmocnienia niezbyt grubej warstwy gruntu spoistego, leżącej bezpoœrednio pod powierzchnią terenu wciska się w grunt tłuczeń. Odpowiedniej gruboœci warstwę tłucznia układa się na powierzchni i wbija ubijakami.

Dynamiczną konsolidację stosuje się do zagęszczenia nasypów z gruntu sypkiego ułożonego na warstwie słabej gruntu spoistego z wykonanymi pionowymi drenami.

Kolumny tłuczniowe:

W celu wzmocnienia niezbyt grubej warstwy gruntu spoistego, leżącej bezpoœrednio pod powierzchnią terenu wciska się w grunt tłuczeń. Odpowiedniej gruboœci warstwę tłucznia układa się na powierzchni i wbija ubijakami. Do tego celu używa się ciężkich ubijaków stosowanych przy budowie dróg i zapór ziemnych do zagęszczenie nasypów. Ubijaki te wprowadzone w wibrację wprowadzają w grunt kolumnę tłucznia. Tłuczeń powinien być kamienny, ceglany lub z gruzu betonowego, gruboziarnisty, bez domieszki piasku lub innego gruntu.

Zastrzyki cementowe:

Zastrzyki gruntowe stosuje się, aby podłoże gruntowe, którego wytrzymałoœć nie wystarcza do przejęcia obciążeń z planowanej budowli, na tyle wzmocnić przez wypełnienie szczelin (w gruntach skalistych) lub porów (w gruntach żwirowych i piaszczystych), aby uczynić podłoże gruntowe dostatecznie wytrzymałe i na stałe bezpieczne. Zastrzyki gruntowe znajdują również zastosowanie do wzmocnienia podłoża gruntowego pod istniejącym budynkiem, aby powstrzymać osiadanie.

Zastrzyki cementowe są skuteczne tylko w gruntach gruboziarnistych. Metoda ta polega na wbijaniu lub wpłukiwaniu w grunt szeregu rur, po czym przez niektóre z nich wprowadza się czystą wodę pod ciœnieniem. Woda wpływa przez pozostałe rury wypłukując z gruntu cząstki iłowe i pyłowe, przeszkadzające w wypełnieniu porów gruntu i należytym zeskalaniu całoœci. Następnie przez rury wprowadza się zaprawę cementową, przy czym rury jednoczeœnie się unosi.

Pale iniekcyjne:

Mikropale iniekcyjne stosowane są do budowy nowych, jak i wzmacniania istniejących fundamentów. Niezależnie od odmiany technologia wykonywania mikropali jest identyczna i sprowadza się do wiercenia udarowo-obrotowego specjalnymi żerdziami z jednoczesną iniekcją zaczynem cementowym. Pierwszy odcinek żerdzi rurowej zaopatrzony jest
w koronkę skrawającą grunt. Żerdzie są przedłużane poprzez łączenie ich na mufy. Iniekcja cementowa spełnia jednoczeœnie rolę płuczki wiertniczej oraz tworzy buławę pala wokół żerdzi. Do zaczynu cementowego dodawany jest œrodek przeciwdziałający skurczowi. Zasadniczym czynnikiem pogrążającym żerdzie jest moment obrotowy i nacisk pionowy agregatu wiertniczego wiertnicy. Udar stosuje się wyłącznie w przypadku natrafienia na przeszkody w gruncie takie jak, np. kamienie bądŸ gruz budowlany. Nawet w takim przypadku wiercenia nie powoduje znaczących wstrząsów.
Wiercenie w osłonie iniekcji cementowej nie powoduje kraterów wokół tworzonego pala, przeciwnie - penetracja zaczynu powoduje petryfikację gruntu wokół trzonu pala.
Inną zaletą systemu jest możliwoœć łączenia żerdzi o dowolnych długoœciach - dzięki temu możliwe jest stosowanie miniwiertnic w niskich pomieszczeniach, np. piwnicznych.
Specjalne mufy zapewniają prostoliniowoœć pali oraz dużą wytrzymałoœć na wyboczenie.
Prostota systemu, wynikająca w zasadzie z jednej czynnoœci, czyli wiercenia
i jednoczesnej iniekcji, zapewnia dużą wydajnoœć na zmianę roboczą.
Zaletą systemu jest też prostota ukształtowania głowicy pali, polegająca na obcięciu żerdzi i przyspawaniu do niej płyty stalowej.

Wzmacnianie i pogłębianie fundamentów:

Wzmacnianie fundamentów metodą “jet grounding” polega na mieszaniu gruntu z zaczynem stabilizującym wtłaczanym strumieniowo pod wysokim ciœnieniem. Aby wzmocnić podłoże pod fundamentem istniejącego budynku, należy, wiercąc pod kątem, wykonać kolumny ukoœne. Dodatkową zaletą tej technologii jest to, że kolumny można wykonywać, wstawiając urządzenie do piwnic budynku, pod warunkiem jednak, że pomieszczenie ma wysokoœć co najmniej 1,5 metra. Pozwala to wzmacniać podłoże pod fundamentami budynków już stojących, także z pomieszczeń piwnic w centralnie położonych częœciach budynku, tam gdzie nie ma dostępu od zewnątrz.

Istniejące fundamenty wzmacnia się też za pomocą pali, które przyjmują na siebie obciążenie istniejącego fundamentu. Fundamenty można poszerzać za pomocą dobudowania obustronnych lub jednostronnych elementów do istniejącego fundamentu lub przez zbudowanie szerszej płyty pod cała stopą fundamentu.