Palowanie gruntu

Jednym z pierwszych etapów planowania inwestycji budowlanej, jest wykonanie badań geotechnicznych, na podstawie których projektant może zalecić wzmocnienie gruntu. W zależności od skali oraz stopnia ograniczonej nośności podłoża w korelacji z obciążeniami, jakie generować będzie obiekt, rozważa się kilka metod wzmacniania gruntu. Jedną z popularniejszych technik, stosowaną w przypadku bardzo słabej jakości gruntu i/lub ponadprzeciętnego ciężaru statycznego budowli, jest palowanie. W zależności od istniejących warunków gruntowych oraz oczekiwanego stopnia wzmocnienia podłoża, można zastosować różne technologie palowania. Każdy proces składa się z trzech faz, tj. wciskania, wkręcania lub wbijania pala, formowania jego trzonu oraz szeregu prac pomocniczych i towarzyszących.

Pale formowane w otworach wierconych

W obrębie formowania pali w podłożu w gotowych otworach, wyróżnia się metodę Wolfsholz, HW, Benoto, Salzgitter oraz Icos-Weder. Dwie pierwsze metody zakładają iniekcję płynnego betonu do oczyszczonego z wody gruntowej otworu. W technice HW otwory wierci się za pośrednictwem wybieraka dłutowego, a pogłębia się nawet do 20 m mechanicznie – przy pomocy rury i głowicy pokrętnej.

Pale Wolfsholz

Metoda Wolfholz stosowana jest w obszarach niedostępnych dla wielkogabarytowego sprzętu budowlanego oraz w sytuacji, gdy niedopuszczalne są wstrząsy w terenie. Wszelkie prace związane z wykonaniem i pogłębianiem otworu, wykonuje się ręcznie i przy wykorzystaniu podstawowych narzędzi.

HW, Benoto, Salzgitter, Icos-Weder

Podczas palowania metodami Benoto, Salzgitter, a także Icos-Weder, pal formowany jest dzięki wpompowaniu betonu, wraz z równoczesnym wyciąganiem rury obsadowej. Różnica polega na sposobie wykonywania otworu, co odbywa się przy użyciu hydraulicznych siłowników i wybieraka dłutowego albo odpowiednich wierteł. System Icos-Weder to pogłębianie płuczką iłową oraz stosowanie specjalnego chwytaka. Efektem wykorzystania tej formy wzmacniania gruntu, jest wykonywanie bardzo głębokiego i jednocześnie rozległego palowania.

Trudne warunki terenowe to dziś „chleb powszedni” w budownictwie, którego ekspansja nierzadko wymusza posadowienie obiektów na gruntach o niekorzystnej charakterystyce hydrologicznej. Rozwiązaniem są stosowane od dawna kolumny fundamentowe, jednak z biegiem czasu technologie te ewoluowały i obecnie palowanie gruntu odbywa się przy wsparciu nowoczesnego sprzętu oraz sterowania komputerowego. Istnieje wiele rodzajów technik palowania, dzięki czemu z łatwością można je dopasować do istniejących warunków gruntowych, uwzględniając przy okazji różne kryteria ekonomiczne czy środowiskowe.

Prace fundamentowe – technologie i wyzwania w budownictwie

Inwestycje na nieużytkach budowlanych (np. wysypiska, nasypy), ale także w obszarze zagęszczonej zabudowy, niosą ze sobą często konieczność zastosowania specjalnych technologii fundamentowania. Wszystkie technologie fundamentowe muszą gwarantować niezawodność posadowienia budowli (równomierność i/lub ograniczenie osiadania) – zarówno na etapie wznoszenia danego obiektu, jak i w trakcie jego eksploatacji.

Nowatorskie metody wykonywania fundamentów palowych pozwalają na bezpieczne posadowienie budowli na dowolnym podłożu gruntowym. W przeciągu kilkunastu minionych lat powstało mnóstwo nowych technologii w zakresie wykonywania pali fundamentowych – począwszy od klasycznego palowania w rurach, poprzez metodę CFA i jej modyfikacje – aż po techniki wibracyjne oraz iniekcji strumieniowo-ciśnieniowej (Jet Grouting). Według statystyk ponad 50 proc. wszystkich fundamentów głębokich, stanowią kolumny fundamentowe (pale).

Roboty fundamentowe – podział

Roboty fundamentowe to bardzo złożone, szerokie i zróżnicowane zagadnienie. Wśród najpopularniejszych prac fundamentowych w budownictwie, znajdują się m.in.:

1. wymiana gruntu,
2. wzmacnianie podłoża gruntowego,
3. wzmacnianie istniejących fundamentów,
4. wykonywanie nowych fundamentów,
5. ściany i mury oporowe,
6. obudowy wykopów głębokich,
7. kotwienia.

Jeśli chodzi o wykonywanie fundamentów nowych, to do czynienia mamy z dwoma rodzajami, mianowicie: fundamenty bezpośrednie i fundamenty pośrednie. W przypadku fundamentowania bezpośredniego wyróżniamy podział na: stopy, skrzynie, ławy, ruszty, bloki i płyty, natomiast fundamenty pośrednie dzielą się na:

• kolumny iniekcyjne,
• kolumny DSM,
• kolumny cementowe,
• kolumny betonowe.

Roboty fundamentowe wymienione w pkt. c-f wymagają zastosowania tzw. fundamentów specjalnych, które z kolei podzielić można na: ściany szczelinowe, pale fundamentowe, studnie i kesony. Zgodnie z przyjętą nomenklaturą, pale fundamentowe dzielą się na:

• pale wiercone (np. technologia CFA, Soilex),
• pale wkręcane (np. technologia Atlas, Pressodrill, SVB),
• pale wbijane (np. technologia Lacor),
• pale wciskane.

W dalszej części omówione zostaną jedne z najpopularniejszych metod fundamentowania – pale CFA oraz pale Atlas.

Pale wiercone CFA i pale wkręcane Atlas – charakterystyka

Technologia i formowanie pala Atlas polega na jednoczesnym wkręcaniu i wciskaniu go w podłoże gruntowe, co powoduje rozpychanie ziemi na boki i zagęszczenie gruntu wokół podstawy oraz pobocznicy pala. W technologii Atlas wykorzystuje się rurę rdzeniową zaopatrzoną w spiralne zewnętrzne uzwojenie, większe w stosunku do przekroju rury, zamkniętej od dołu końcówką w postaci stożka. Rura wkręcana jest w grunt przy użyciu siły pionowej, a wszelkie napotykane opory są automatycznie rejestrowane, co daje miarodajny obraz warunków gruntowych na penetrowanym terenie.

W momencie osiągnięcia głębokości projektowej, dochodzi do umieszczenia w rurze pala zbrojenia z jednoczesnym połączeniem go z dolnym fragmentem rury. Cechą charakterystyczna pali Atlas jest ich spiralny kształt, który uzyskiwany jest na etapie wyciągania oraz zmianę prędkości. Technologia Atlas przekłada się na wysoką nośność pala, na co wpływ mają spiralne nacięcia w gruncie – wypełniane mieszanką betonową (w efekcie powstają pale karbowane o większej średnicy/rozmiarze).

Jeżeli chodzi o pale CFA, to jest to bardzo popularna w naszym kraju technologia wzmacniania podłoża gruntowego. W obrębie technologii CFA wyróżnia się następujące etapy:

1. wiercenie otworu,
2. wydobywanie świdra i formowanie pala (betonowanie),
3. montowanie zbrojenia.

W metodzie CFA wiercenie odbywa się przy zastosowaniu ciągłego świdra ślimakowego wyposażonego w specjalny rdzeń, przez który wtłaczana jest później mieszanka betonowa formująca pal. W trakcie pogrążania świdra, centralny rdzeń pozostaje zamknięty, komputerowo monitorowany jest też stan oporu gruntu oraz praca sprzętu (np. prędkość obrotowa). Podczas wyciągania świdra wykonywana jest z kolei makroskopowa ocena rodzaju podłoża gruntowego, która porównywana jest z założonymi w projekcie warunkami geotechnicznymi gruntu.

Mieszanka betonowa wtryskiwana jest pod ciśnieniem za pośrednictwem rdzenia świdra ślimakowego, zgodnie z parametrami określonymi w specyfikacji technicznej. Odpowiedni poziom pala uzyskuje się przez skucie naddatku do pożądanej (projektowanej) wartości. W świeżo uformowany pal wprowadzane jest prefabrykowane zbrojenie, do czego służy wyciągarka zainstalowana na palownicy. Dodatkowo, często stosuje się także specjalny wibrator do równomiernego rozprowadzenia płynnego jeszcze betonu i sukcesywnego pogrążania centrycznie kosza zbrojeniowego. W zależności od rodzaju warunków gruntowych, średnicy i głębokości, pale CFA wykonuje się od kilkunastu do kilkudziesięciu minut. Technologia CFA charakteryzuje się doskonałymi nośnościami pala, jak również brakiem wstrząsów, drgań oraz uciążliwego hałasu podczas wykonywania robót fundamentowych.