RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 166518 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 291284 (51) IntCl6: E02D 37/00 Urząd Patentowy (22) Data zgłoszenia: 29.07.1991 Rzeczypospolitej Polskiej (54) Sposób podbijania fundamentów istniejących budowli (43) Zgłoszenie ogłoszono: 08.02.1993 BUP 03/93 (73) Uprawniony 2 patentu: Kordecki Zbigniew, Kraków, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.05.1995 WUP 05/95 (72) Twórca wynalazku: Zbigniew Kordecki, Kraków, PL PL 166518 B1 (57) 1. Sposób podbijania fundamentów istniejących budowli, w którym prace prowadzi się w rozpartych wykopach wykonywanych kolejno po obu stronach podbijanego fundamentu, przy użyciu w wykopie roboczym wykonywanym jako pierwszy siłownika, do wciskania elementów pod fundament, umieszczonego poziomo 1 wspartego o przeciwległą ścianę wykopu, znamienny tym, że w początkowej fazie prac od strony wykopu roboczego (6), na głębokości zamierzonego podbicia, w gruncie (4) pod istniejącym fundamentem (1) dokonuje się wciśnięcia kolejnych poziomych warstw elementów zagęszczających (2) o kształcie zaostrzonego pala, a następnie wykonuje się dwie przeciwległe ściany dociskowe (7) z żelbetu, ujmujące obustronnie grunt (4) pod podbijanym fundamentem (1), zamocowując w nich trwale końcówki elementów zagęszczających (2) celem spięcia sztywno tych ścian (7), przy czym ściany dociskowe (7) wykonuje się etapami, początkowo w wykopie roboczym (6), a później w drugostronnym wykopie spinającym (11). FIG 1
Sposób podbijania fundamentów istniejących budowli Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób podbijania fundamentów istniejących budowli, w którym prace prowadzi się w rozpartych wykopach wykonywanych kolejno po obu stronach podbijanego fundamentu, przy użyciu w wykopie roboczym wykonywanym jako pierwszy siłownika, do wciskania elementów pod fundament, umieszczonego poziomo i wspartego o przeciwległą ścianę wykopu, znamienny tym, że w początkowej fazie prac od strony wykopu roboczego (6), na głębokości zamierzonego podbicia, w gruncie (4) pod istniejącym fundamentem (1) dokonuje się wciśnięcia kolejnych poziomych warstw elementów zagęszczających (2) o kształcie zaostrzonego pala, a następnie wykonuje się dwie przeciwległe ściany dociskowe (7) z żelbetu, ujmujące obustronnie grunt (4) pod podbijanym fundamentem (1), zamocowując w nich trwale końcówki elementów zagęszczających (2) celem spięcia sztywno tych ścian (7), przy czym ściany dociskowe (7) wykonuje się etapami, początkowo w wykopie roboczym (6), a później w drugostronnym wykopie spinającym (11). 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że prace betonowania ścian dociskowych (7) przeciwdziałających wypieraniu gruntu ze wzmacnianej warstwy wykonuje się poziomymi odcinkami ścian dociskowych (7) i realizuje się najpierw w wykopie roboczym (6) przy równoczesnej likwidacji wykopu częściowymi zasypami, a następnie po drugiej stronie fundamentu w wykopie spinającym (11), w którym odcinki ścian dociskowych (7) wykonuje się w kierunku od góry ku dołowi w kolejno pogłębianym wykopie. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wzmacnia się dolne partie istniejącego fundamentu (1) znajdujące się w złym stanie technicznym, traktując je jak grunt (4), przy czym korzystnie jest poprzedzić czynność wciskania wykonaniem przewiercenia fundamentu (1) wiertłem o stosownej średnicy dla ułatwienia wprowadzenia elementu zagęszczającego (2). 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że elementy zagęszczające (2) stosowane do wzmocnienia gruntu wykonuje się z rur stalowych z uformowanym ostrzem (10) na jednym końcu i kołnierzem oporowym (9) na przeciwległym końcu, z podłużnym prętem zbrojeniowym (8) wewnątrz rury przyspawanym na obu końcach oraz wypełnionych betonem (3). * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób podbijania fundamentów istniejących budowli stosowany w celu wzmocnienia posadowienia fundamentów oraz zabezpieczenia ich przed osiadaniem w przypadku zbyt słabego gruntu zalegającego pod fundamentem, rozbudowy obiektu zwiększającej naciski na grunt, głębszego posadowienia w pobliżu innego obiektu lub obniżenia poziomu terenu w bliskim sąsiedztwie fundamentu itp. Sposób dotyczy przede wszystkim gruntów, które mogą być modelowane ośrodkiem sprężysto-plastycznym ze wzmocnieniem gęstościowym. W praktyce budowlanej stosuje się wiele metod tzw. podbijania istniejących fundamentów. Ogólnie mówiąc metody te polegają na zastąpieniu słabych warstw podłoża gruntowego konstrukcją, murowaną lub betonową, o takiej wytrzymałości i sztywności, aby nacisk podbijanego fundamentu mógł być przeniesiony na niższe bardziej nośne warstwy gruntu, bez nadmiernych deformacji budowli. Tradycyjne metody podbijania stosują wybieranie gruntu spod fundamentu i zastępują wybrany grunt podmurowaniem fundamentu lub jego podbetonowaniem pracującym na ściskanie. Jedną z prostszych metod było wykonywanie wykopów z obu stron fundamentów w których murowano lub betonowano podpory dla belek nośnych poprzecznie osadzanych w podbijanym fundamencie, które podlegały zginaniu.
166 518 3 Istnieje także metoda prowadzenia prac podbijania od jednej strony fundamentu znana z polskiego opisu patentowego 149 729 (kl. E02D 35/00). W metodzie tej wykonuje się wykop na głębokość zamierzonego podbijania fundamentu, w którym się odpowiednio rozpiera i zabezpiecza ściany wykopu. Do wykopu tego wprowadza się specjalnie przygotowywany dla tej metody element, podporę w kształcie odwróconej litery U o wysokości odpowiadającej wysokości podbijania, który skokowo wtłacza się siłownikiem pod istniejący fundament wybierając równocześnie z jej wnętrza grunt przez znajdującego się wewnątrz robotnika. Po całkowitym wprowadzeniu podpory pod fundament czoło wykopu wewnątrz podpory zabezpiecza się przed osypywaniem i zamyka się otwór wejściowy podpory deskując go, po czym wnętrze podpory wypełnia się mieszanką betonową, którą poddaje się zagęszczaniu. Przestrzeń między podporą a podbijanym fundamentem wypełnia się betonem o konsystencji gęstoplastycznej lub wilgotnej i zagęszcza się przez sztychowanie. Przestrzenie zaś między podporami albo pozostawia się w stanie dotychczasowym albo po wybraniu gruntu betonuje się tworząc pod istniejącym fundamentem jednolity, dodatkowy fundament. Wadą opisanych metod jest powodowanie nierównomiernego osiadania budowli w trakcie jej podbijania oraz powstawanie stanu zagrożenia bezpieczeństwa w fazie usuwania słabych warstw gruntu spod istniejącego fundamentu. W technice fundamentowania przenoszenie nacisków na niższe bardziej nośne warstwy gruntu realizuje się przez tzw. palowanie polegające na pionowym wbijaniu w grunt pali, tj. elementów nośnych pracujących na ściskanie, na których wspiera się fundamenty. Pale te tradycyjnie wykonuje się jako betonowe lub żelbetonowe, a także z rur stalowych o zakończeniu stożkowym czego jednym z przykładów wykonania jest polski opis patentowy 13 774 (kl. 84 c2). Celem wynalazku jest opracowanie takiej technologii wzmacniania gęstościowego osłabionego gruntu pod fundamentem, a także warstw nieprzydatnego technicznie fundamentu, która umożliwiałaby podbicie istniejącego fundamentu bez usuwania słabych warstw gruntu spod fundamentu, a także słabych warstw samego fundamentu. Istota wynalazku polega na tym, że w początkowej fazie prac, prowadzonych od strony wykopu roboczego, na głębokości zamierzonego podbicia, dokonuje się wciśnięcia w grunt pod podbijanym fundamentem, w kierunku poziomym, kolejnych warstw elementów zagęszczających, celem wzmocnienia gruntu przez jego zagęszczenie. Elementy zagęszczające mają kształt pala, korzystnie w postaci rur stalowych z uformowanym ostrzem wypełnionych betonem. Wciskanie odbywa się przez zastosowanie siłownika opartego o przeciwległą ścianę wykopu roboczego, prawidłowo i starannie rozpartego. W następnej fazie prac dokonuje się ujęcia wzmocnionego gruntu pod podbijanym fundamentem, dwoma przeciwległymi ścianami dociskowymi z żelbetu, celem zapobieżenia wypieraniu gruntu spod fundamentu. W ścianach tych są zamocowane końcówki elementów zagęszczających poprzez zatopienie w betonie lub trwałe połączenie ze szkieletem zbrojeniowym ściany dociskowej. Elementy zagęszczające będą dodatkowo pracować jak ściągi spinając sztywno ściany dociskowe i czyniąc je niepodatnymi. Prace betonowania ścian dociskowych przeciwdziałających wypieraniu gruntu ze wzmacnianej warstwy wykonuje się poziomymi odcinkami tych ścian i realizuje się najpierw w wykopie roboczym przy równoczesnej likwidacji wykopu częściowymi zasypami, a następnie po drugiej stronie fundamentu w wykopie spinającym, w którym odcinki ścian dociskowych wykonuje się w kierunku od góry ku dołowi w kolejno pogłębianym wykopie odsłaniającym końce elementów zagęszczających. Odcinki ścian znajdujące się na tej samej głębokości po obu stronach fundamentu łączą się ze sobą za pomocą elementów, które posłużyły do zagęszczenia gruntu. Końce tych elementów zamocowuje się w odcinkach ścian, które przez to stają się niepodatne i skutecznie przeciwdziałają wypieraniu gruntu spod fundamentu. Elementy służące do zagęszczania gruntu, ze względu na ich podwójną rolę, muszą być nie tylko sztywne ale i wytrzymałe na rozciąganie. Celowym jest wzmacnianie tym sposobem również dolnych partii istniejącego fundamentu znajdujących się w złym stanie technicznym traktując je jak grunt, przy czym korzystnie jest poprzedzić czynność wciskania elementów zagęszczających wykonaniem przewiercenia fundamentu wiertłem o stosownej średnicy dla ułatwienia ich wprowadzenia.
4 166 518 Elementy zagęszczające stosowane do wzmocnienia gruntu wykonuje się z rur stalowych wypełnionych betonem. Rura posiada na jednym końcu uformowane ostrze dla ułatwienia wprowadzenia jej do gruntu, a na drugim jest zaopatrzona w sztywną tarcze poprzeczną, zwłaszcza z blachy, służącą do bocznego dociśnięcia zagęszczonego gruntu na okres przed wykonaniem odpowiedniego odcinka ściany betonowej przeciwdziałającej wypieraniu gruntu spod fundamentu. W przypadku gdy zachodzi obawa, że odcinek rury stalowej pozostający w gruncie może ulec korozji, przewiduje się zabetonowanie w rurze stalowego pręta zbrojeniowego połączonego spoinami z oboma końcami rury. Ten obetonowany pręt zbrojeniowy będzie spinał przeciwległe ściany dociskowe zapobiegające wypieraniu gruntu spod fundamentu, nawet po zupełnym skorodowaniu rur stalowych. Zaletą sposobu jest to, że pozwala on na bezpieczne prowadzenie tych na ogół trudnych robót. Unika się zarówno zagrożenia życia wykonawców robót jak i zagrożenia stateczności i całości budowli, której fundament jest podbijany. Sposób ten likwiduje, a przynajmniej minimalizuje, osiadanie podbijanego fundamentu, które z reguły występują przy tradycyjnych metodach i które są przyczyną dodatkowych uszkodzeń budowli. Oszczędza się także materiał budowlany, gdyż nie usuwa się gruntu spod podbijanego fundamentu ale to podłoże gruntowe się ulepsza i wykorzystuje jego zwiększoną nośność. Ulepszenie gruntu polega na jego zagęszczeniu i na przeciwdziałaniu jego wypieraniu spod fundamentu. Zagęszczenie gruntu wymaga naturalnie zużycia pewnej stosowanej ilości energii, ale podany sposób polegający na zastosowaniu siłownika opartego o ścianę wykopu jest prosty, nie wymaga skomplikowanych urządzeń i przez to jest tani. Sztywne elementy zagęszczające grunt są zarazem elmentami konstrukcyjnymi łączącymi przeciwległe ściany ujmujące z boków zagęszczone podłoże. Przez to ściany te stają się rzeczywiście niepodatne i skutecznie nie pozwalają na wypieranie gruntu spod fundamentu. Ponadto ściany te biorą udział w przenoszeniu ciężaru budowli na dolne, bardziej wytrzymałe warstwy gruntu. Bardzo istotną zaletą sposobu jest możliwość jego stosowania nie tylko do ulepszania gruntu pod istniejącymi fundamentami ale do wzmacniania samego fundamentu o ile znajduje się on w złym stanie technicznym, co jest przypadkiem bardzo częstym w starych budynkach. Wprowadzenie elementów zagęszczających w taki osłabiony fundament można wtedy poprzedzić przewierceniem fundamentu wiertłem o stosownej średnicy dla łatwiejszego wprowadzania elementu zagęszczającego. Wynalazek jest zilustrowany w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schamatycznie przekrój obejmujący podbijany fundament, zagęszczany grunt, wykopy po obu stronach fundamentu oraz fragmenty ścian dociskowych, a fig. 2 przedstawia przykładowy element zagęszczający w postaci rury stalowej wypełnionej betonem z zatopionym w nim prętem zbrojeniowym i zaopatrzonej w sztywną tarczę. Prace prowadzone sposobem według wynalazku rozpoczyna się od wykonania wykopu roboczego 6 po tej stronie fundamentu 1 istniejącego budynku, z której chcemy prowadzić zagęszczanie gruntu 4 pod fundamentem. Szerokość wykopu roboczego 6 w kierunku prostopadłym do osi fundamentu 1 wynika z długości elementów zagęszczających 2 i z odpowiedniego wymiaru siłownika 5. Długość tego wykopu zależy od konkretnych warunków technicznych i ekonomicznych, a jego głębokość jest zgodna z zamierzoną głębokością podbicia. Wykop musi być starannie rozparty, tak aby nie dopuścić do odprężenia i wypierania gruntu 4 spod fundamentu 1. Deskowanie 6b wykopu od strony fundamentu 1, powinno umożliwiać częściowe i stopniowe odsłanianie ściany wzmacnianego gruntu 4 dla umożliwienia wciśnięcia kolejno elementów 2 zagęszczających grunt 4. Wciskanie odbywa się za pomocą siłownika 5 opartego o przeciwległą ścianę 6a wykopu roboczego. Po wciśnięciu dwóch lub trzech poziomych warstw elementów zagęszczających 2, co zależy od przyjętego odstępu tych warstw, następuje zbrojenie i betonowanie najniższego odcinka ściany dociskowej 7, w której zostają zamocowane końce elementów zagęszczających 2 uprzednio wciśniętych w grunt 4. Deskowanie 6b tego najniższego odcinka ściany dociskowej 7 jest bardzo proste i może być szybko usunięte i zastąpione pierwszym częściowym zasypem wykopu. To postępowanie powtarza się dla następnego, wyżej położonego odcinka ściany dociskowej 7, aż do stopy fundamentu 1. W szczególnych warunkach może być korzystne prowadzenie tej fazy wykonawstwa w kierunku od góry ku dołowi, tzn. rozpoczyna się zagęszczanie gruntu 4 w sąsiedztwie stopy funamentu 1 i po wykonaniu górnego odcinka ściany dociskowej 7 przechodzi się następnie do wykonania niższego odcinka ściany dociskowej 7.
166 518 5 W trakcie prowadzonych prac można korygować liczbę, odstępy i średnice wciskanych elementów zagęszczających 2, gdyż opór przy wciskaniu jest miarą rzeczywistej nośności gruntu 4. W przypadku złego stanu technicznego dolnej części fundamentu 1, co w starych budynkach jest zjawiskiem bardzo częstym, prace wg opisywanego sposobu prowadzi się powyżej teoretycznej stopy fundamentu 1 dokonując jego wzmocnienia. Wciskanie elementów 2 poprzedza się przewierceniem fundamentu 1 wiertłem o stosownej średnicy, dla ułatwienia wprowadzenia elementu zagęszczającego 2. W następnej fazie wykonawsta głębi się wykop spinający po drugiej stronie fundamentu 1 odsłaniając końce pierwszej najwyższej warstwy elementów zagęszczających 2, lub też od razu dwie a nawet trzy warstwy tych elementów, co zależy od rzeczywistego stanu gruntu 4 i fundamentu 1. Następnie wykonuje się zbrojenie i deskowanie oraz betonowanie górnego odcinka ściany dociskowej 7. Po stwardnieniu betonu można wykop spinający pogłębić, odsłonić końce niżej położonych elementów 2 i wykonać następny odcinek ściany 7. Powtarzając te operacje osiągnie się najniżej położoną warstwę elementów zagęszczających 2 i żądaną głębokość podbicia fundamentu 1. Zbrojenie odcinków ścian dociskowych 7 należy wykonać wg zasad konstrukcji żelbetowych zapewniając zarazem zamocowanie w tych ścianach końcówek elementów zagęszczających 2. Sposobem tym zrealizowano podbicie, na głębokość ok. 4 m, fundamentu ściany z przyporami stojącej na krawędzi stromej skarpy. Ściana ta wraz z przyporami osiadała nierównomiernie, co ujawniało się jej pęknięciami. Bezpośrednio przed wykonaniem podbicia fundamentu i wielokrotnie po jego wykonaniu, poddano ścianę kontroli geodezyjnej, która wykazała zupełny brak osiadania.
166 518 FIG. 1 FIG.2 Departament Wydawnictw UP RP Nakład 90 egz. Cena 1,00 zł.