Instytut Budownictwa WYDZIAŁ GEODEZJI, INŻYNIERII PRZESTRZENNEJ I BUDOWNICTWA Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Fundamentowanie drogowych obiektów inżynierskich w złożonych warunkach geotechnicznych Ireneusz Dyka i.dyka@uwm.edu.pl
Podłoże budowlane powinno zapewniać wymagany zapas bezpieczeństwa w odniesieniu do nośności i stateczności. Podłoże (lub fundament) nie powinno nadmiernie się odkształcać przez cały okres użytkowania budowli. Jeżeli podłoże nie spełnia odpowiednich wymagań, to należy: odpowiednio ukształtować fundament, poprawić właściwości podłoża.
WZMACNIANIE I ULEPSZANIE PODŁOŻA wymiana gruntów; dynamiczne zagęszczanie: wibroflotacja (wibratory, wymiana gruntu połączona z wibrowaniem), wibracja wgłębna (wybuchy, konsolidacja dynamiczna, zagęszczanie przez wprowadzenie pali, wgłębne mieszanie gruntów, wbijanie tłucznia), konsolidacja wstępna prekonsolidacja (nasypy, zbiorniki wodne, wibrowanie powierzchniowe), stabilizacja gruntów: stabilizacja głęboka ( słupy wapienne, wapienno-gipsowe, cementowogipsowe, pale żwirowe, poduszki piaskowe i żwirowe, wałowanie), stabilizacja termiczna (mrożenie gruntu, wyżarzanie gruntu, elektroosmoza), wzmacnianie (zeskalanie) gruntów i skał: iniekcja otworowa, elektroosmoza, mieszanie gruntu (wprowadzenie składników posiadających właściwości wiążąco-wypełniające), zbrojenie gruntu ( słupy kamienne, żwirowe i wapienne, pale żwirowe, mikropale, włókniny, membrany).
Powierzchniowe metody stabilizacji. Stabilizacja cementem Stabilizacja wapnem Stabilizacja popiołami Stabilizacja spoiwami hydraulicznymi.
Przekrój poprzeczny przez korpus drogi podłoże wzmocnione kolumnami CMC Przykłady układów warstw podłoża z gruntem słabonośnym Strefy wpływu naprężeń od zasypu.
PRZYCZYNY AWARII PODŁOŻA DROGOWEGO niedokładne rozpoznanie podłoża lub nieprawidłowe odkreślenie jego parametrów geotechnicznych; nieuwzględnianie w dokumentacjach projektowych programu monitorowania; nie branie pod uwagę zasięgu odziaływania naprężeń w podłożu obciążonym nasypem; nie stosowanie projektów organizacji robót; brak właściwej współpracy pomiędzy zamawiającym, nadzorem, projektantem i wykonawcą; brak krajowych norm czy wytycznych dotyczących projektowania, wykonywania oraz nadzoru tego typu robót.
Posadowienie mostu MS-15 w ciągu projektowanej południowej obwodnicy Olsztyna Obiekt mostowy MS-15 most o konstrukcji jednoprzęsłowej, o schemacie ustroju statycznie zewnętrznie wyznaczalnym. Przedmiotowy most jest mostem nowoprojektowanym, wznoszonym nad istniejącą drogą powiatową Bartąg-Ruś oraz w terenie doliny Łyna. Dolina stanowi obszar torfowiska, teren jest porośnięty trzcinowiskiem. Łyna Poziom zwierciadła wód artezyjskich: 3 5.5 m n.p.t. Złożone warunki geotechniczne: Dolina Łyny wypełniona jest rzecznymi osadami organicznymi w postaci torfów, namułów i gytii sięgających do 11 m p.p.t. Główny poziom wód gruntowych znajduje się w gruntach piaszczystych zalegających na głębokości 15-20 metrów p.p.t. Charakteryzują się one silnie zwierciadłem naporowym, które przybiera formę artezyjską. Ciśnienie piezometryczne tych wód kształtuje się kilka metrów ponad poziom terenu. Ze względu na duży obiekt mostowy i skomplikowany układ warstw obiekt zalicza się do trzeciej kategorii geotechnicznej.
Koncepcja posadowienia mostu MS-15 w ciągu projektowanej południowej obwodnicy Olsztyna Wariant I - posadowienie bezpośrednie ław fundamentowych na gruncie wzmocnionym metodą iniekcji strumieniowej. Posadowienie bezpośrednie na kolumnach jet grouting nie przebija warstw gruntów spoistych. 13
Różnica między fundamentem na palach a wzmocnieniem za pomocą kolumn
Pylon Mostu III Tysiąclecia im. Jana Pawła II
Do obiektów mostowych należą: mosty, wiadukty i estakady w ciągu linii kolejowych lub tramwajowych oraz dróg kołowych, kładki dla pieszych, schody oraz pochylnie w ciągach dla pieszych, przepusty, przejazdy i przejścia pod torami kolejowymi lub jezdniami drogowymi oraz płytkie tunele pod szlakami komunikacyjnymi, ściany oporowe oraz inne budowle oporowe utrzymujące w stanie stateczności grunty rodzime i nasypowe korpusu drogowego, kolejowego lub innej budowli komunikacyjnej
Fundamenty stanowią element konstrukcyjny decydujący o bezpieczeństwie budowy i eksploatacji całej budowli. Wybór rodzaju fundamentów i metod ich wykonania wpływa w znacznym stopniu na koszt inwestycji drogowej. We współczesnym budownictwie drogowym stosowane są wszystkie rodzaje posadowień. Poza względami merytorycznymi istnieją pewne metody, przyzwyczajenia czy powszechne przeświadczenia, a także siła przebicia firm fundamentowych.
Klasyfikacja technologii pali fundamentowych: Ze względu na sposób wykonania: - wiercone klasycznie, - wiercone świdrem ciągłym, - wbijane, - wkręcane. Ze względu na rodzaj materiału: - betonowe (żelbetowe), - stalowe, - drewniane, - kompozytowe.
Rynek pali fundamentowych na świecie [na podstawie: M. Bottiau, Recent evolutions in deep foundation technologies, 2006] wbijane, rurowe wkręcane wbijane, formowane in-situ wiercone, CFA wbijane, prefabrykowane wbijane, typu H wiercone, wielkośrednicowe wwibrowywane
Most MA 173 przez rzekę Wartę w ciągu Autostrady A2 na odcinku Konin Dąbie km 285+000 do 303+145.32
PALE WIERCONE WYKONYWANE POD OSŁONĄ RUR
Pale wielkośrednicowe
Wykonanie pala Kolejność prac przy wykonywaniu pali: najazd wiertnicy i ustawienie rury osłonowej na geodezyjnie wytyczoną oś pala, wkręcenie i wciśnięcie pierwszej rury osłonowej, wiercenie otworu odpowiednimi narzędziami, w miarę potrzeby uzupełnianie wody, aby utrzymać wymagane nadciśnienie, montaż kolejnych elementów rur osłonowych oraz ich zagłębianie i wiercenie po osiągnięciu projektowanej rzędnej przygotowanie dna otworu do betonowania, montaż zbrojenia, wstawienie i ewentualne połączenie szkieletów i rurek iniekcyjnych, montaż rury kontraktorowej, betonowanie ze stopniowym skracaniem rury osłonowej i rury kontraktorowej,
Komora elastyczna z geotkaniny półprzepuszczalnej opracowana w Katedrze Geotechniki Politechniki Gdańskiej Patent Nr P.342724
Most MA 173 przez rzekę Wartę w ciągu Autostrady A2 na odcinku Konin Dąbie km 285+000 do 303+145.32
Prefabrykowane żelbetowe pale wbijane Posadowienie nasypu drogowego w ciągu autostrady A-2 Pale o przekroju 60 60 cm Projekt zrealizowany w Wielkiej Brytanii
Technologie wykonania wierconych pali przemieszczeniowych - pale Omega i CG Omega - pale Atlas - pale SDP Bauer BG, FDP, SDP - pale de Wall - pale Tubex - pale Fundex
SDP BAUER BG Technologia SDP Bauer BG (Product Information, Bauer, 42/2003)
Full Displacement Pile - FDP
brak urobku gruntowego wydobywanego na powierzchnię brak wstrząsów, wibracji i nadmiernego hałasu szybkość wykonania pali możliwość pokonywania dużych oporów gruntu podczas wiercenia możliwość pełnej kontroli wykonywania pali łatwość umieszczenia zbrojenia w palu
STANY GRANICZNE W PROJEKTOWANIU FUNDAMENTÓW PALOWYCH
Platformy robocze
Próbne obciążenie pala Po okresie pełnego dojrzewania betonu powinno nastąpić sprawdzenie nośności pala. Wyróżniamy dwie najczęściej stosowane metody badań przy użyciu próbnego obciążenia: OBCIĄŻENIE DYNAMICZNE OBCIĄŻENIE STATYCZNE
Ekonomiczne i bezpieczne posadawianie budowli na palach wymaga spełnienia pięciu podstawowych warunków: dokładne rozpoznanie podłoża gruntowego w miejscu projektowanego obiektu oraz prawidłowe określanie parametrów gruntowych niezbędnych do obliczeń, właściwy wybór pali do występujących warunków gruntowych oraz obciążeń i rodzaju konstrukcji, wykonanie prawidłowych obliczeń nośności i osiadania pali i fundamentu palowego, zaprojektowanie i przygotowanie platform roboczych, poprawne wykonanie pali.
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ