Wraz z wejściem Polski do Unii Europejskiej, uzyskaliśmy. Autor. Geoinżynieria

Transkrypt

1

2 Zastosowanie pali FDP w budownictwie mostowym Fot. 1. Widok świda FDP Auto Opis technologii FDP Technologia pali FDP, stosunkowo powoli ulega ozpowszechnieniu na ynku polskim, jednakże wykonanie pala FDP w znaczmg inż. Roman Rogowski, mg inż. Piot Fanczak - P.I. IMB-Podbeskidzie Pzedstawienie technologii stosowania pali FDP (Full Displacement Piles) i jej atutów, któymi niewątpliwie są wydajność i bak wynoszonego uobku. Waz z wejściem Polski do Unii Euopejskiej, uzyskaliśmy na ozbudowę i modenizację sieci dogowej w Polsce niezbędne fundusze, któych bak był główną bolączką popzednich dekad. Spowodowało to dynamiczny ozwój budownictwa infastuktualnego w Polsce w ostatnich latach, pociągając za sobą konieczność wykozystania pod inwestycje nowych obszaów, na któych niejednokotnie napotyka się na tudne waunki geologiczno-inżynieskie. Ponieważ pzy wyznaczaniu tas dóg i autostad uwzględnia się óżne kyteia lokalizacyjne, coaz częściej, obecność kozystnych waunków geologicznych schodzi na dalszy plan, co w konsekwencji powadzi do zwiększonych kosztów posadowienia, związanych z ealizacją obiektów inżynieskich. Podobna sytuacja panuje ównież w budownictwie komecyjnym, któe staa się wykozystać teeny o atakcyjnej lokalizacji, któe nie były dotąd wykozystywane, ze względu na potencjalnie wysokie koszty posadowienia związane z niekozystną geologią teenu. Tudne waunki guntowe w większości sytuacji powadzą do ezygnacji z posadowienia bezpośedniego obiektów inżynieskich na zecz posadowienia pośedniego z wykozystaniem ozmaitych technik palowania. W celu skócenia czasu ealizacji obót palowych, a w konsekwencji kosztów posadowienia, pod koniec XX w. nastąpił ozwój technik palowania pzy pomocy specjalnych świdów, np. cieszących się duża populanością pali CFA (Continous Flight Auge Piles). W latach dziewięćdziesiątych wykystalizowała się na dobe idea pali wkęcanych z dogęszczeniem guntu na pobocznicy, z ang. zwanych FDP (Full Displacement Piles pale z pełnym pzemieszczeniem guntu na pobocznicy) lub SDP (Soil Displacement Piles pale z pzemieszczeniem guntu na pobocznicy). Dopowadziło to do kilku óżnych ozwiązań w technologii pali FDP, posiadających jednak wspólne cechy, takie jak: sposób wykształcenia podstawy i pobocznicy pala, jego pacę w ośodku guntowym, zalety i oganiczenia. Dogęszczenie guntu wzdłuż pobocznicy i podstawy pala powadzi do popawy jego paametów, zwiększając tym samym nośność pala, odmiennie niż w tadycyjnych metodach palowania (za wyjątkiem pali wbijanych), w któych wykonanie pala nie ma znaczącego wpływu na popawę paametów otaczającego pal ośodka guntowego. Dlatego też, zastosowanie pali wkęcanych ma szczególne znaczenie w guntach badzo słabych takich jak: gliny, iły i pyły w stanie plastycznym i miękkoplastycznym; piaski dobne i pylaste w stanie luźnym. Napotykając powyższe gunty o znacznej miąższości oaz bioąc pod uwagę chaakte obiektów mostowych i towazyszące im znaczne obciążenia, pojektanci niejednokotnie są zmuszeni do pojektowania pali stojących utwiedzonych w guntach o lepszych paametach, zalegających na znacznych głębokościach, pomijając w zasadzie nośność wastw słabych, leżących powyżej. Zastosowanie pali pzemieszczeniowych FDP pomaga lepiej wykozystać wastwy słabe, powadząc do badziej ekonomicznego posadowienia obiektu. 60 GEOINŻYNIERIA dogi mosty tunele 02/2009 (21)

3 Pocedua wykonania pala FDP: Kok 1: Najechanie maszyny i ustawienie wietła w osi wykonywanego otwou. Kok 2: Rozpoczęcie wiecenia. Świde wykonuje uch obotowy i jest jednocześnie wciskany w gunt. Kok 3: Osiągnięcie pojektowanej głębokości. Kok 4: Zabetonowanie pala. Podczas wyciągania świda beton jest podawany pod ciśnieniem pzez jego dzeń. Kok 5: Ułożenie zbojenia w świeżym betonie. Rys. 1. Poszczególne koki wykonania pala FDP Rys. 2. Pofil geologiczny nym stopniu pzypomina wykonanie badzo populanych pali CFA. Różnica polega na zastosowaniu specjalnego, obłego kształtu świda wiecącego (ys. 2). Poniżej pzedstawiono schematycznie poceduę wykonania pala FDP. Pzed pzystąpieniem do pac należy wykonać utwadzoną platfomę oboczą, z poziomu któej wykonywane będą pale. Następujące paamety wiecenia podczas wykonywania kolejnych koków (ys. 1) są ejestowane pzez kompute wietnicy FDP: czas wiecenia i betonowania pala; moment obotowy świda; pędkość pogążania świda jego zagłębienie oaz ilość obotów na min.; ciśnienie oaz ilość podawanego betonu. Powyższy monitoing umożliwia stałą kontolę jakości pala FDP oaz zgodności waunków guntowych z założonymi w pojekcie palowania. Pale FDP z uwagi na spoe opoy wiecenia mają najczęściej śednicę 0,4 m i 0,6 m. Maksymalna długość pala zależna jest od możliwości głowicy obotowej wietnicy i długości żedzi. Na polskim ynku wykonuje się pale FDP do głębokości 24 m. Wymogi dotyczące zbojenia oaz betonu okeśla noma PN-EN 1536 Wykonawstwo specjalnych obót geotechnicznych Pale wiecone. Pzemieszczenie guntu uzyskuje się popzez specjalny kształt świda (fot. 1) wiecącego, posiadającego zmienny skok dolnych łopatek, obły kształt w centalnej części, jak ównież pzeciwny kieunek łopatek w gónej części. Dodatkowe zagęszczenie guntu uzyskuje się popzez beton, któy podawany jest pod ciśnieniem pzez dzeń świda. Pzemieszczenie ziemi z otwou w jego sąsiedztwo zapewnia wysokie zagęszczenie guntu w obębie wykonywanego pala. Konsekwen- Rys. 3. cją tego jest zwiększenie o około 50% siły pzenoszonej pzez pal (w stosunku do nominalnej śednicy). Bezwibacyjny poces wiecenia i fomowania pala pozwala na powadzenie pac w bliskim sąsiedztwie innych budowli, a bak wydobywanego uobku, znacznie oganicza zanieczyszczenie placu budowy i oszczędności na obotach związanych z jego usunięciem. Oganiczeniem pali wykonywanych w technologii FDP jest niemożność stosowania ich w guntach z natuy niezagęszczalnych lub tudno zagęszczalnych, czyli spoistych twadoplastycznych półzwatych i zwatych oaz niespoistych śedniozagęszczonych i zagęszczonych, z wyjątkiem sytuacji, w któych wyżej wymienione gunty są pzewastwione guntami zagęszczalnymi. W takim pzypadku uobek z wastw mocniejszych jest tanspotowany i wciskany do wastw słabszych (zagęszczalnych) powodując ich wzmocnienie. Kzywa osiadania pala póbnie obciążanego wiadukt w Słomiogu GEOINŻYNIERIA dogi mosty tunele 02/2009 (21) 61

4 Rys. 5. Pofil geologiczny dla podpó wiaduktu kolejowego w Rybniku Kzywa osiadania pala póbnie obciążanego wiadukt Rys. 4. w Rybniku Pzykłady zastosowania pali FDP w budownictwie mostowym Posadowienie fundamentu na palach FDP zastosowano między innymi dla pzedsięwzięcia: Pzebudowa wiaduktu w km waz z budową dogi dojazdowej i muów opoowych w ejonie obiektów w miejscowości Słomióg w amach kontaktu Wzmocnienie nawiezchni do 115 kn/oś na dodze kajowej n 4 Kaków Tanów Odcinek I: Kaków Tagowisko KM Piewotnie zapojektowano posadowienie obiektu na 68 palach CFA φ600 mm o długości 9 m. W związku z niekozystnymi waunkami geologicznymi (ys. 2), w celu podniesienia nośności i oganiczenia osiadań bez zwiększania kosztów zapoponowano zamianę pali CFA na pale FDP tej samej śednicy φ600 mm. Pace pzepowadzone były pzy użyciu wietnicy BG 24 H fimy Baue. W takcie wiecenia dało się zauważyć sukcesywne zagęszczanie się guntu w ejonie palowania, o któym świadczyło śednie zużycie betonu na mb pala, któe dla piewszych pali wynosiło ok. 0,44 m 3 /mb osiągając dla ostatnich 0,29 m 3. Minimalna wymagana obliczeniowa nośność pala wynosiła 521 kn. Z uwagi na bak nom kajowych dotyczących obliczania nośności pali pzemieszczeniowych, w pojekcie posadowienia pale FDP policzono zgodnie z nomą PN-83/B pzyjmując współczynniki technologiczne jak dla pali pefabykowanych wbijanych, okeślając ich nośność N t = 927 kn. Póbne obciążenie pala pzepowadzono zgodnie z PN-83/B na siłę Q = 521 kn dla któej osiadanie wyniosło 1,7 mm. Następnie pal odciążono odnotowując twałe osiadanie ówne 0,8 mm, po czym badanie kontynuowano obciążając stopniowo pal do siły Q max = 1029 kn (197%Q ) odnotowując osiadanie ówne 6,0 mm, a po odciążeniu zaejestowano twałe osiadanie ówne 3,1 mm. Ze względów naukowych zdecydowano się kontynuować badanie, celem wyznaczenia nośności ganicznej, obciążając stopniowo pal aż do osiągnięcia siły 1862 kn = 357%Q (osiadanie 31,5 mm, twałe 20,9 mm) maksymalnej w kontekście wytzymałości konstukcji do póbnego obciążenia, i co jest wate podkeślenia, nie osiągnięto jeszcze nośności ganicznej pala. Późniejsza analiza wyników pozwoliła obliczeniowo okeślić nośność ganiczną na około 2200 kn, dla któej można pzyjąć nośność obliczeniową ówną 0,5*2200 kn = 1100 kn. Powyższy wynik pokazuje, iż pojektowanie pali FDP zgodnie z PN-83/B i pzyjęciem współczynników technologicznych jak dla pali pefabykowanych wbijanych jest bezpieczne w kontekście nośności pali i całego fundamentu. Dodatkowo analiza kzywej obciążenie-osiadanie powadzi do kolejnego pozytywnego wniosku, iż pełna mobilizacja pobocznicy następuje już pzy badzo niewielkich osiadaniach (ys. 3), co ma ogomne znaczenie dla pzyszłej eksploatacji obiektu. Na uwagę zasługuje ównież ealizacja posadowienia podpó na palach FDP wiaduktu kolejowego nad ulicą Mikołowską w Rybniku Pauszowcu. Genealnym wykonawcą obiektu był Zakład Instalacji Sanitanych i Robót Inżynieyjnych Sanel sp. z o.o., a wykonawcą pali P.I. IMB-Podbeskidzie sp. z o.o. Z uwagi na spoe obciążenia, skomplikowane waunki geologiczne (ys. 5) i niewielką powiezchnię podpó w planie zapojektowano piewotnie pod każdym pzyczółkiem sześć pali mającą φ1200 mm długości 9 m z poszezoną podstawą śednicy 2500 mm. Jednakże wymiay umocnionego wykopu, znacznie utudniałyby wykonanie pali wielkich śednic z wykozystaniem wciskaki. Uwzględniając wszystkie powyższe waunki należało zastosować pale o spoej nośności któych wykonanie byłoby możliwe w waunkach oganiczonego wykopu. Dlatego też zdecydowano się na posadowienie obydwu fundamentów na 23 palach FDP o φ600 mm i długości 10 m, zakończone w wastwie glin w stanie twadoplastycznym. Wymagana minimalna nośność pojedynczego pala wynosiła 893 kn. Bioąc pod uwagę nasze dotychczasowe doświadczenia nośność pojedynczego pala FDP obliczono jak dla pali pefabykowanych wbijanych zgodnie z PN-83/B Póbne obciążenie statyczne pali pzepowadzono na siły Q = 893 kn i Q max = 1372 kn. Otzymano następujące ezultaty: dla siły Q pomiezo- 62 GEOINŻYNIERIA dogi mosty tunele 02/2009 (21)

5 Pomimo wielu kozyści, płynących z zastosowania pali FDP, nie są one dostatecznie ozpowszechnione wśód pojektantów obiektów mostowych. Powyższe wynika nie tylko z faktu, iż jest to technologia stosunkowo młoda, ale ównież z baku nom kajowych dotyczących obliczania nośności pali pzemieszczeniowych, któych oczywiste zalety, jak choćby zwiększona nośność oaz doskonała chaakteystyka obciążenie-osiadanie, są jednym z podstawowych kyteiów chaakteyzujących dobze zapojektowany i wykonany fundament palowy. Fot. 2. Głowice pali FDP ne osiadanie wyniosło 1,3 mm, twałe po odciążeniu pala 0,7 mm, dla siły Q zanotowano 4,6 mm osiadania, a po odciążeniu pala max twałe osiadanie wyniosło 3,1 mm. Z uwagi na powyższy zakes obciążeń oznaczono nośność pala na 980 kn. Jednakże analizując kzywą obciążenie-osiadanie (ys. 4), oaz minimalne watości osiadań można z całą pewnością stwiedzić, iż zeczywista nośność pala jest znacznie większa. Podsumowanie Na koniec należy podkeślić, iż z ekonomicznego punku widzenia pale FDP pezentują się ównież pozytywnie dzięki wysokiej wydajności (śednio ok. 20 mb/godz.) oaz baku wynoszonego uobku. Liteatua: [1] PN-83/B Fundamenty budowlane. Nośność pali i fundamentów palowych. [2] Gwizdała K.: Opinia Geotechniczna dotycząca nowych technologii pali, Pale typu Omega i SDP. [3] Gwizdała K.: Ocena nośności pali pali pzemieszczeniowych FDP φ600 wykonanych pod pzyczółki wiaduktu kolejowego na podstawie póbnych obciążeń statycznych pali. [4] Gwizdała K.: Ocena nośności pali pali pzemieszczeniowych FDP φ600 wykonanych pod pzyczółki mostu dogowego w/c DK n 4 na podstawie póbnych obciążeń statycznych pali. [5] pojekt wykonawczy: Budowa wiaduktu kolejowego w km na toze n 2 linii n 140 Katowice Ligota-Nędza nad ulicą Mikołowską w Rybniku Pauszowcu. [6] pojekt wykonawczy: Pzebudowa wiaduktu w km ,90 waz z budową dóg dojazdowych i muów opoowych w ejonie obiektów. GEOINŻYNIERIA dogi mosty tunele 02/2009 (21) 63