Wzmocnienia podłoża - Palowanie gruntu

Budowa każdego obiektu wymaga posiadania odpowiednich pozwoleń. Proces ich uzyskiwania jest określony w sposób bardzo szczegółowy, a wymagania, jakim czasem muszą sprostać inwestorzy są naprawdę duże. Wszystko po to, aby wznoszone obiekty były bezpieczne. W jaki sposób oraz w jakich okolicznościach konieczne będzie wzmocnienie podłoża gruntowego?

 

 

Na czym polega wzmacnianie podłoża i kiedy należy je wykonać?

Przed wydaniem ostatecznej decyzji zezwalającej na budowę określonego wariantu obiektu konieczne jest dokładne ocenienie m.in. nośności gruntu, czyli zdolności gruntu do przenoszenia obciążeń, jakie generował będzie dany obiekt. Niestety, nie na wszystkich gruntach możliwa będzie realizacja danego projektu. Część może całkowicie dyskwalifikować wybrany teren, na innych z kolei mogą zostać wzniesione określone obiekty, pod warunkiem odpowiedniego przygotowania podłoża. Sytuacja taka dotyczy w szczególności gruntów słabonośnych. Zgodnie z polską klasyfikacją, do oceny gruntu wykorzystywana jest norma PN-B-02480:1986, zgodnie z którą wyróżnia się grunty: budowlany, naturalny, antropogeniczny, rodzimy, nasypowy, skalisty, nieskalisty, mineralny, organiczny, spoisty, niespoisty, jednorodny, niejednorodny, pęczniejący, zapadowy.

W czasie wzmacniania wykorzystywane są różnego typu metody i technologie, pozwalające na poprawę nośności gruntu, aby możliwa była realizacja projektu budowlanego. Prace te wykonywane są w szczególności w czterech sytuacjach. Pierwszą sytuacją są obiekty budowlane oraz konstrukcje, które cechują się dużą wrażliwością na osiadanie. Kolejną sytuacją jest budowanie obiektu w sąsiedztwie skarpy lub zbocza, wówczas wzmocnienie gruntu pozwala poprawić ich stabilność. Odpowiednie zabezpieczenie niezbędne jest również w przypadku budynków wysokich, których podstawa jest stosunkowo wąska. Tego typu obiekty generują bardzo duże obciążenie dla podłoża. Zdarza się, że wzmacnianie podłoża niezbędne jest również w przypadku istniejących obiektów, gdy w ich pobliżu prowadzone są inne prace wymagające wykonania głębokich wykopów.

Wzmacnianiem podłoża zajmują się specjalistyczne firmy takie jak BUDOKOP posiadające odpowiedni sprzęt, wiedzę oraz doświadczenie. Podmioty te zatrudniają specjalistów w zakresie geotechniki, którzy w sposób profesjonalny i fachowy pomogą dobrać odpowiednią metodę wzmacniania podłoża.

 

 

palowanie gruntu

 

Pale CFA

Istotą metody palowania CFA jest wykonanie w gruncie odwiertów. Do ich przygotowania wykorzystywane są specjalne świdry ślimakowe, których konstrukcja umożliwia ograniczenie ilości urobku. Świder, który wwierca się w grunt rozpycha go na boki. Dodatkowym atutem metody jest to, że urobek dodatkowo zagęszcza otaczający odwiert grunt. Część ziemi pozostaje na talerzach świdra, dzięki czemu otwór jest wystarczająco zabezpieczony przed ewentualnym zalaniem.

Wewnątrz świdra, w jego centralnej części znajduje się specjalny rdzeń, przez który tłoczony jest beton. Mechanizm działania polega na tym, że gdy świder pogrążany jest w ziemi, to aż do momentu osiągnięcia wyznaczonej głębokości rdzeń jest zamknięty. Dzięki temu jego wnętrze jest odpowiednio zabezpieczone przed gruntem. Gdy świder podnoszony jest stopniowo do góry, wówczas rdzeń zostaje otwarty i rozpoczyna się proces tłoczenia betonu i formowanie pala. Beton do wykonanego otworu wtłaczany jest pod dużym ciśnieniem, dzięki czemu okalający pal grunt nie może rozluźnić się. Gdy otwór zalany zostaje betonem, wewnątrz formowanego pala umieszczane są pręty zbrojeniowe. Najczęściej wykorzystywane są tu dwa rozwiązania - prefabrykowany kosz zbrojeniowy lub alternatywnie stalowy kształtownik. Aby możliwe było jego stabilne umieszczenie wewnątrz pala, konieczne jest odpowiednie obciążenie statyczne. Dopuszczalne jest również wykorzystanie lekkiego wibratora.

Metoda palowania CFA jest wykorzystywana w szczególności do posadowienia budynków, hal i innych obiektów. Duże znaczenie odgrywa również wtedy, gdy trzeba wykonać stabilizację gruntu pod wykonanie linii kolejowych czy trakcji hydrotechnicznych jak możecie zobaczyć na https://www.budokop.pl/cfa-pale-wiercone-swidrem-ciaglym/ 

 

 

jet-grouting

 

Pale przemieszczeniowe FDP

Wykonanie pali przemieszczeniowych wymaga wykorzystania odpowiedniego wariantu głowicy przemieszczeniowej. Głębokość odwiertu, a tym samym długość pojedynczego pala ustalany jest indywidualnie dla danych warunków geologicznych i określonego projektu budowlanego. Odwierty wykonywane są w ramach jednego cyklu, w czasie którego narzędzie nie jest wyciągane z gruntu. Świder cechuje się specjalną konstrukcją, podczas wiercenia dodatkowo rozpycha grunt, zagęszczając go, dzięki czemu ilość urobku jest mocno ograniczona. Obecność świdra sprawia, że otwór jest zabezpieczony przed rozluźnieniem gruntu i zalaniem.

Dotarcie do ustalonej głębokości pozwala na rozpoczęcie kolejnego etapu wykonywania pali FDP - głowica świdra jest stopniowo unoszona do góry, a przez znajdujący się w jej wnętrzu świder tłoczony jest pod dużym ciśnieniem beton. W zależności od parametrów i tempa tłoczenia betonu ustalana jest prędkość unoszenia świdra. Beton tłoczony pod ciśnieniem wypełnia przestrzeń wyjątkowo szczelnie, formując wytrzymały i solidny pal. Gdy cały otwór zostanie zalany betonem, w mieszance, jeszcze przed jej zastygnięciem, umieszczane jest zbrojenie, zwiększające wytrzymałość konstrukcji. Wciskanie szkieletu zbrojeniowego odbywa się dzięki wykorzystaniu własnego ciężaru, dzięki metodom grawitacyjnym. Jeśli zachodzi taka potrzeba wykorzystywany jest też lekki wibrator elektryczny.

Pale FDP wykonywane są do stabilizacji gruntu, przed planowanymi inwestycjami, np. wznoszenie różnego typu obiektów, hal, a także mostów: https://www.budokop.pl/fdp-pale-przemieszczeniowe-fdp/. Rozwiązanie to doskonale sprawdzi się w budownictwie drogowym lub do obudowy wykopów.

 

 

jet-grouting

 

Kolumny DSM

Inną metodą pozwalająca na skuteczne wzmocnienie podłoża jest system mieszania gruntu DSM: https://www.budokop.pl/dsm-wzmocnienia-podloza/. Do wykonania kolumn stosuje się w tym wariancie specjalną palownicę, z szybkoobrotową głowicą, na której końcu umieszczone zostało specjalne mieszadło. Taka konstrukcja pozwala na jednoczesnym pogrążaniu w gruncie głowicy oraz tłoczeniu odpowiednio dobranego spoiwa. Zazwyczaj wykorzystywany jest cement, który mieszany jest z gruntem. W zależności od właściwości gruntu rodzimego oraz obecności wód gruntowych, dobierana jest właściwa konsystencja tłoczonego spoiwa. Zdarza się, że w niektórych sytuacjach konieczne jest tłoczenie mieszanki o konsystencji suchej, wówczas aplikowane jest wapno z cementem. Ilość kolumn, ich średnica czy odległość od siebie zawsze ustalane są przez specjalistę, po uwzględnieniu specyfiki projektu i rodzaju gruntu, który ma zostać wzmocniony. Jeżeli zachodzi taka potrzeba kolumny mogą zostać wzmocnione odpowiednim zbrojeniem.

Podczas zagłębiania w gruncie cały czas pompowane jest spoiwo, a mieszadło stałe obraca się wokół własnej osi. Ruchy głowicy pozwalają na wymieszanie spoiwa z gruntem i powstaje kolumna DSM. Metoda ta wykorzystywana najczęściej do wykonywania stabilizacji podłoża nie tylko w przypadku różnego typu budowli, ale także obiektów infrastruktury technicznej, jak np. drogi, wodociągi czy mosty lub wiadukty.

Jedną z największych zalet metody DSM jest niski stopień wibracji oraz brak wstrząsów. Nie bez znaczenia jest też stosunkowo niski poziom hałasu. Dzięki specjalnej konstrukcji głowicy wykonanie kolumn DSM wiąże się z ograniczeniem ilości wynoszonego na powierzchnię urobku. W porównaniu do innych dostępnych możliwości, metoda DSM cechuje niższy koszt wykonania. Nie można zapominać, że w porównaniu do pali, kolumny DSM charakteryzują się niższymi dopuszczalnymi obciążeniami, przez co nie wszędzie mogą zostać wykonane.

Modyfikacja parametrów fizykomechanicznych gruntu sprawia, że poprawiana jest nośność podłoża. Dodatkowo tendencja do odkształcania gruntu staje się mniejsza, a grunt jest mniej podatny na niekorzystne działanie czynników atmosferycznych.

 

 

kolumny dsm

 

Jet-grouting

Kolejnym dostępnym sposobem stabilizacji gruntu przed rozpoczęciem prac budowlanych jest wykonanie kolumn typu jet-grouting https://www.budokop.pl/jet-grouting/. Istotą metody jest lokalne zniszczenie warstwy gruntu. Efekt ten udaje się osiągnąć dzięki miejscowemu rozplłukaniu gruntu. Ciecz, pod wysokim ciśnieniem wtłaczana jest w strukturę gruntu, co powoduje, że część urobku wynoszona jest na powierzchnię, a w jego miejsce aplikowana jest specjalną mieszanka cementowa. W zależności od projektu może ona różnić się składem i konsystencją, ponieważ są to parametry techniczne ustalane indywidualnie dla każdego projektu.

Wykonanie kolumn jet-grouting jest dwufazowym procesem. Pierwszym etapem jest wykonanie odwiertu, którego optymalną głębokość ustala specjalista podczas prac planistycznych, przy czym średnica odwiertu jest z reguły nie duża. W fazie wycofywania świdra do wnętrza wykonanego otworu podawana jest pod dużym ciśnieniem mieszanka cementowa. Dobrego celu wykorzystywana jest specjalną dysza - pojedyncza lub zespół dysz. W czasie podnoszenia głowicy dochodzi do swoistego rozcinania otaczającego gruntu, jego rozpłukania, a w miejsce wyniesionego urobku wciskane jest spoiwo cementowe.

Technologia jet-grouting wykonywana jest w różnych wariantach - w wersji pojedynczej, podwójnej lub potrójnej, a to, która z nich zostanie wykorzystana zależy od indywidualnych warunków geotechnicznych gruntu.

 

 

kolumny dsm

 

Mikropale iniekcyjne

Mikropale to technologia analogiczna do pali, od tradycyjnych rozwiązań różni się jednak rozmiarem. Średnica mikropali nie przekracza bowiem 300 mm. W zależności od specyfiki projektu wykonywane są przy pomocy żerdzi, łączników oraz koronek. Gdy głowica zostaje wwiercona w grunt elementy te pozostają w gruncie, jako zbrojenie. Można jednak usunąć je z gruntu i użyć ponownie, wówczas konieczne jest zainstalowanie dopasowanych koszy zbrojeniowych i profili.

Jedną z zalet tej technologii jest sprzęt - niewielki i lekki, w porównaniu do innych maszyn. Dzięki temu mikropale mogą być wykonane wszędzie tam, gdzie ze względu na istniejąca już infrastrukturę przestrzeń robocza jest mocno ograniczona. Opracowanie metody mikropali iniekcyjnych umożliwia połączenie w jednym procesie kilku etapów działania: wiercenia, iniekcji, a także instalacji zbrojenia. Fakt ten sprawia, że realizacja całego zlecenia jest znacznie szybsza.

Już na etapie wiercenia, do gruntu wtłaczany jest pod ciśnieniem zaczyn cementowy, o odpowiedniej konsystencji, dostosowanej do potrzeb wybranego projektu. Ważny jest też właściwy dobór ciśnienia podawanego spoiwa, najczęściej zawiera się on w przedziale od 5 do 20 barów. Na wybór finalnego parametru wpływ mają w szczególności warunki gruntowe oraz techniczne, a także etap wykonywania zadania. Przy iniekcji końcowej ciśnienie jest zwiększane do 20-40 barów. Co do zasady otwór jest zawsze cementowany zaczynając od dna odwiertu do wierzchu. Formowanie kończy się, gdy podawana mieszanka pojawia się na zewnątrz odwiertu. Należy jednak pamiętać, że ok pół godziny po zakończeniu konieczne jest dotłoczenie spoiwa, czyli tzw. iniekcja wtórna.

 

 

pale cfa

 

 

Kotwy gruntowe

Wzmocnienie podłoża wykonywane jest też przy pomocy kotew gruntowych. Ich zastosowanie jest bardzo szerokie, sprawdzają się bowiem w każdym miejscu, w którym grunt rodzimy nie zapewnia odpowiedniej stabilności. Pozwala zabezpieczyć odpowiednio wykonywane palisady, obudowy wykopów czy szczelne ścianki. Kotwy gruntowe często wykorzystywane są również w nabrzeżach portowych. W zależności od wymagań danego projektu, kotwy mogą zostać wykonane w postaci żerdzi samowiercących, gdzie rolę cięgna pełnić może tracona żerdź, liny lub pręty stalowe. Kotwy umieszczane są w gruncie na stałe lub tymczasowo, przy czym przyjmuje się, że jeśli znajduje się ona w gruncie dłużej niż 2 lata, to jest to kotwa stała.

Odwierty pod kotwy wykonywane są w osłonie rurowej. Do wzmocnienia podłoża wykorzystywany jest zaczyn cementowy, będący płuczką wiertniczą.

 

 

pale cfa

 

Pale VDW (CCFA)

Pale VDW, określana również jako CCFA, to specjalna technologia, łącząca w sobie zalety palowania CFA z metodologią wykonywania pali w rurach obsadowych. Są one wykonywane przy pomocy specjalnych maszyn wyposażonych w podwójną głowicę obrotową. Taka konstrukcja pozwala na niezależny obrót głowicy oraz rury zewnętrznej. Oba te elementy obracają się w kierunkach przeciwnych. Świder odpowiada nie tylko za wiercenie otworu, ale pomaga także wynosić urobek do tzw. strefy wyrzutu urobku. Następnie grunt zostaje umieszczony na platformie roboczej, dzięki specjalnemu rękawowi spustowemu. W czasie, gdy świder zostaje coraz bardziej zagłębiony w gruncie, wykonywane jest również rurowanie. Zadaniem rury obsadowej jest zagwarantowanie stateczności otworu podczas wiercenia. Gdy głowica osiągnie zadany poziom głębokości, rozpoczyna się tłoczenie betonu, podawanego pod ciśnieniem przez rdzeń umieszczony wewnątrz głowicy. Odpowiednio dobrane wysokie ciśnienie wtłaczania mieszanki pozwala zabezpieczyć otwór przed rozluźnieniem gruntu znajdującego się wokół otworu. Gdy spoiwo betonowe zostanie umieszczone w otworze, zanim mieszanka zastygnie, wykonuje się odpowiednie zbrojenie, wzmacniające konstrukcję pala. Zbrojenie wykonywane jest przy pomocy specjalnego kosza zbrojeniowego lub stalowego kształtownika.

Tego typu rozwiązania jak pale CCFA sprawdzają się przede wszystkim w konstrukcjach, które wymagają wysokiej precyzji wykonania, jak np. w przypadku palisady siecznej. CCFA to rozwiązanie, które stosowane jest w bezpośrednim sąsiedztwie istniejącej infrastruktury budowlanej. Doskonałe rozwiązanie w trudnych warunkach gruntowych, gdzie w podłożu występują np. skały miękkie oraz twarde.

Wykorzystanie technologii VDW znajduje zastosowanie także tam, gdzie konieczne jest wyeliminowanie niekontrolowanego zjawiska nadmiernego wybierania gruntu z pobocznicy pali.

 

Pale Vibro

Pale Vibro są szczególnym wariantem pali przemieszczeniowych. Jedną z jej cech charakterystycznych jest to, że odwiert wykonywany jest w sposób bezurobkowy. W praktyce oznacza to, że grunt rozpychany jest na boki, co pozwala na dodatkowe dogęszczenie podłoża. Stalowa rura jest zagłębiana w gruncie dzięki metodzie wibracyjnej. Częstotliwość wibrowania oraz energia wbijania muszą zostać dopasowane do potrzeb projektu, właściwości gruntu czy docelowej średnicy pala.

Wlot rury w czasie jej pogrążania w gruncie jest zabezpieczony, aby urobek nie mógł przedostawać się do wnętrza rury. Gdy wykonany zostanie odwiert na odpowiednią głębokość, proces wchodzi w etap podciągania rury z jednoczesnym pompowaniem betonu pod zadanym ciśnieniem. Jego wartość określana jest przez specjalistów. Po zakończeniu betonowania wewnątrz pala umieszczane jest zbrojenie.

Jedną z największych zalet pali VIBRO jest duża nośność, wyższa niż w przypadku innych rozwiązań. Dlatego też ten rodzaj wzmacniania gruntu wykonywany jest w szczególnie wymagających warunkach. Palowanie przy pomocy metody VIBRO pozwala na przygotowanie gruntu pod budowę hal, budynków, budynków kubaturowych, chociaż doskonale sprawdzi się również w budownictwie infrastrukturalnym.