Fundamenty na palach - cz. I (wstęp)
Fundamenty palowe stosuje się w miejscach, gdzie konieczne jest przeniesienie dużych skoncentrowanych obciążeń na głębsze (bardziej wytrzymałe) warstwy gruntu. Można wyróżnić kilka podstawowych przypadków, w których konieczne jest użycie tego typu fundamentów. Palowanie stosuje się wówczas, gdy w górnych, przypowierzchniowych warstwach występują grunty o małej nośności i wysokiej podatności na odkształcenia (np. namuły, torfy, luźne nasypy, odpady komunalne).
Palowanie jest też konieczne w przypadku, gdy na fundament - a za jego pośrednictwem na grunt - przenoszone będą duże obciążenia skupione (siły pionowe, poziome, momenty oraz ich kombinacje). Tego typu warunki występują w podporach mostów, obiektach budownictwa hydrotechnicznego, morskiego i pełnomorskiego, budynkach wysokich oraz obiektach typu wieżowego. Fundamenty takie stosujemy również do obudowywania głębokich wykopów, stabilizacji skarp, wzmocnienia istniejących fundamentów oraz do ograniczenia bezwzględnej wielkości osiadań lub różnicy osiadań. Aby właściwie zaprojektować, wykonać i eksploatować obiekt oparty na palach, należy uwzględnić kilka podstawowych zasad.
Autor: brak danych
Harmonogram prac powinien objąć:
- rozpoznanie składu oraz nośności podłoża - należy przy tym uwzględnić głębokość posadowienia pali zapewniającą stabilność przyszłej konstrukcji;
- dobór odpowiedniej technologii (rodzaju pala) z uwzględnieniem warunków gruntowych, założeń konstrukcyjnych, ekonomicznych oraz bezpieczeństwa;
- wykonanie analizy obliczeniowej (wyznaczenie sił działających w palach oraz sił wewnętrznych działających w fundamencie), w tym szczególnie określenie nośności i przemieszczeń fundamentu z uwzględnieniem zależności obciążenie-osiadanie;
- określenie warunków wykonania fundamentu palowego;
- wykonanie badań kontrolnych nośności i jakości palowania (przeprowadzenie próbnych obciążeń statycznych i dynamicznych jak również jakości i długości pali);
- powykonawczą kontrolę posadowienia konstrukcji, co oznacza przede wszystkim ocenę pracy - budowli, fundamentu oraz gruntu w tym pomiar osiadania i ocena przemieszczeń.
Przed przystąpieniem do projektowania należy zdefiniować dany fundament palowy, a następnie stosować zasady wykonawstwa i obliczeń przewidywane dla tego rodzaju fundamentów. Pale fundamentowe charakteryzują trzy wielkości: długość oraz średnice trzonu oraz podstawy. Podstawowym wyznacznikiem pracy pojedynczego pala (osadzonego w gruncie) jest zależność osiadania od przyłożonego obciążenia. Podczas wykonywania obliczeń, najprostszym kryterium jest przyjęcie zagłębienia względnego L/D # 10 (L - długość pala, D - jego średnica).
Uwaga. Stosowanie krótkich elementów o znacznej średnicy powoduje pracę fundamentu zbliżoną do pracy fundamentu blokowego.
Zgodnie z Eurokodem 7 oraz Polską Normą (PN-83/B-02482) najbardziej pewną metodą oceny rzeczywistej nośności oraz osiadania pali i fundamentów palowych jest próbne obciążenie statyczne.
Uogólnione zależności współpracy pala z podłożem
Rys1. pal w podłożu gruntowym: a)oznaczenie podstawowe, b) rozkład oporów
Przy rozpatrywaniu przypadków osiadania pala należy uwzględnić:
1. krzywą osiadania Qs - zależność obciążenia całkowitego w głowicy od osiadania,
2. opór wzdłuż pobocznicy (w zależności od osiadania),
3. opór pod podstawą pala (w zależności od osiadania),
4. rozkład oporów na pobocznicy wzdłuż długości pala,
5. skrócenie własna trzonu pala.
Rys. 2. Uogólnione krzywe osiadania: a) dla pali wbijanych, b) dla pali wierconych w odniesieniu do pali wielkośrednicowych
Przy analizie wykresu najważniejsze są miejsca znacznego załamania się krzywych oraz bezwzględne wartości osiadania (dla nich opory osiągają wartości graniczne lub krytyczne). Różny stopień skupienia oporów na pobocznicy i pod podstawą, w odniesieniu od osiadania pozwala zrozumieć różnice w wartości cząstkowych współczynników bezpieczeństwa. Wykresy są też istotną wskazówką dla projektanta do oceny pracy fundamentu palowego oraz interpretacji wyników próbnych obciążeń statycznych. Podczas projektowania wymagana jest rzeczywista ocena krzywej osiadania na podstawie próbnych obciążeń. Oceny dokonuje się na podstawie pala pojedynczego, ale odnoszona jest do całego fundamentu palowego.
| Przekazywanie na podłoże obciążeń poprzez pale oraz zależność obciążenia i osiadania zależna jest od: |
|---|
| 1. rodzaju gruntu - duża uwagę trzeba zwrócić na piaski drobne, pylaste, pyły, iły pęczniejące. Dodatkowym czynnikiem który należy uwzględnić przy projektowaniu to wysoki poziom wód gruntowych, przewidywane zmiany położenia poziomu wody, szczególnie gdy występuje przepływ poziomy oraz zmienne warstwy gruntu; |
| 2. naturalnego stanu naprężenia miejscowego działającego w podłożu. Sytuacja taka występuje w gruntach nasypowych - normalnie skonsolidowanych i prekonsolidowanych; |
| 3. stanu naprężenia wokół podstawy i pobocznicy; |
| 4. uziarnienia gruntu, z uwzględnieniem wskaźnika różnoziarnistości; |
| 5. stopnia wilgotności gruntu - stanu nawodnienia oraz zmian poziomu wód gruntowych; |
| 6. współczynnika filtracji (szczególnie filtracji poziomej); |
| 7. rodzaju materiału z jakiego został skonstruowany pal, sztywności trzonu pala (wpływ modułu odkształcenia trzonu); |
| 8. rzeczywistej szorstkości trzonu pala oraz nierównym rozłożeniem sił na styku pala i podłoża; |
| 9. technologii wykonania pala - pale wiercone, przemieszczeniowe; |
| 10. wymiarów pala (średnica i długość), a co za tym idzie - zagłębienia rzeczywistego oraz względnego L/D; |
| 11. możliwych odchyłek od projektowanej średnicy; |
| 12. rodzaju maszyny osadzającej pal (młot wolno spadowy, spalinowy, hydrauliczny lub wibromłot); |
| 13. szybkości i sposobu wiercenia oraz zabezpieczania otworu - wiercenie w bentonicie, pale wiercone z rurą osadową, bez zabezpieczenia otworu, pale Atlas czy wiercenie w gruntach pęczniejących; |
| 14. sposobu betonowania, prędkości podawania mieszanki betonowej oraz ciśnienia w czasie betonowania; |
| 15. jakości, konsystencji mieszanki betonowej oraz współczynnika filtracji świeżego betonu; |
| 16. odstępu czasu pomiędzy wykonaniem otworu (stopień odprężenia gruntu przy pobocznicy i podstawie pala) a betonowaniem; |
| 17. wpływu urządzeń ułatwiających wprowadzenie pala na stan naprężenia gruntu; |
| 18. stopnia utrzymania norm technologicznych w czasie wykonywania pala oraz całego fundamentu palowego; |
| 19. właściwej kolejności wykonania pali z uwzględnieniem rodzaju pala i rodzaju oraz stanu gruntu; |
| 20. zabiegów polepszających mechaniczne właściwości podłoża pod podstawą i wzdłuż pobocznicy. Wpływ ten jest ważny w czasie oraz po wykonaniu pala (iniekcje cementowe). |
Technologia oraz sposoby palowania zostały dokładnie opisane w normach:
1. Wytwarzanie/produkcja pali
- PN-EN 12794:2005 Prefabrykaty betonowe - Pale fundamentowe
2. Projektowanie pali
- PN-EN 1992-1-1:2005 - Eurokod 2 - Projektowanie konstrukcji z betonu. Część 1-1 - Reguły ogólne i reguły dla budynków.
- PN-B-03264:2002 - Konstrukcje betonowe, żelbetowe i sprężone. Obliczenia statyczne i projektowanie..
- PN-S-10042:1991 - Obiekty mostowe. Konstrukcje betonowe, żelbetowe i sprężone. Projektowanie
Normy podstawowe:
- PN-83-B-02482 - Fundamenty budowlane. Nośność pali fundamentowych
- PN-EN 1997-1:2008 - Eurokod 7. Projektowanie geotechniczne - Część 1: Zasady ogólne.
3. Instalacja pali
- PN-EN-83-B-02482 - Fundamenty budowlane. Nośność pali i fundamentów palowych
- EN 22477-1 - Badania geotechniczne - Badania konstrukcji geotechnicznych - Część1: Próbne obciążenia pali przez statyczne wciskanie osiowe.
4. Normy dotyczące konkretnych rozwiązań:
- pale przemieszczeniowe, PN-EN 12699:2002,
- pale wiercone, PN-EN 1536:2001.
Literatura:
- K. Gwizdała, J. Kowalski: Pale prefabrykowane. Politechnika Gdańska. Wydział Inżynierii Lądowej. Katedra Geotechniki. Gdańsk, wrzesień 2005.
- Jaromiak A., Kłosiński B., Grzegorzewicz K., Zielenkiewicz T., Pale i fundamenty palowe. Arkady, Warszawa 1976.
- Sobala D., No. 8/2007 materiały AARSLEFFinfo
Fundamenty na palach cz. II - Prefabrykowane pale wbijane
Fundamenty na palach cz. III - Pale stalowe
