Fundamenty pośrednie – co to jest i kiedy się stosuje

Są różne rodzaje fundamentów, niestety nie zawsze da się wybudować dom na tych najprostszych i najtańszych. Czasami, w zależności od warunków gruntowo-wodnych panujących na naszej działce musimy sięgnąć po droższe i bardziej skomplikowane rozwiązania. W przypadku wykonywania fundamentów, najczęściej takim rozwiązaniem są fundamenty pośrednie.

Kiedy trzeba wykonać fundamenty pośrednie

Aby fundament spełnił swoje zadanie, musi opierać się na wystarczająco mocnym podłożu gruntowym, które będzie w stanie wytrzymać obciążenia generowane przez budynek. Niestety nie zawsze warstwy o wystarczającej wytrzymałości występują na powierzchni terenu. Czasami znajdują się pod kilkumetrową warstwą gruntów słabonośnych. W tym momencie zachodzi konieczność użycia fundamentów pośrednich.

Warunki gruntowo-wodne

Do najczęściej występujących gruntów niebudowlanych, przy których trzeba zastosować fundamenty pośrednie, można zaliczyć grunty organiczne tj. torfy lub namuły. Generalnie, tereny podmokłe, gdzie mamy oprócz słabych gruntów, wysoki poziom wód gruntowych wymuszają stosowanie bardziej skomplikowanych fundamentów. 

Grunty organiczne charakteryzują się dużą ściśliwości oraz małą wytrzymałością. Cechy te są związane z występowaniem w tych gruntach substancji organicznej oraz cząsteczek koloidalnych.

Innym rodzajem gruntów niebudowlanych są nasypy niekontrolowane, których skład oraz struktura nie pozwalają jednoznacznie ocenić jak będą się zachowywać pod ciężarem budynku. Jeżeli nawiercone grunty niebudowlane, tworzą płytko występujące warstwy o niewielkiej miąższości, to usuwa się je z wykopu. W sytuacji kiedy ich grubość przekracza kilka metrów, trzeba budować na fundamentach pośrednich.

Oczywiście przydatność gruntu do celów budowlanych, wcale nie musi wiązać się tylko z jego rodzajem. Niektóre grunty występujące w podłożu, szczególnie w przypadku większych inwestycji, po prostu nie mają wystarczającej nośności, aby mogły przyjąć duże obciążenia. Dlatego trzeba oprzeć budynek na gruntach wytrzymalszych.

Dobry przykład stanowią drapacze chmur wybudowane na Manhattanie, które są posadowione na palach opartych o litą skałę, znajdującą się w podłożu. Jest to dosyć ekstremalny przykład, ale dobrze oddaje ideę wykonywania fundamentów pośrednich.

Wykonanie fundamentów pośrednich

Jak już ustaliliśmy, fundamenty pośrednie przenoszą obciążenia od danej konstrukcji budowlanej na warstwy gruntów nośnych, znajdujących się zbyt głęboko dla fundamentów bezpośrednich. Teoretycznie jeżeli ktoś miałby wystarczająco dużo determinacji, to mógłby wykonać wykop nawet do znacznych głębokości. Jednak byłoby to przedsięwzięcie drogie, trudne i zbyt kłopotliwe, aby miało większy sens.

Dlatego wykorzystuje się różnego rodzaju technologie posadowienia pośredniego, które mają za zadanie jak najbardziej uprościć i przyspieszyć proces wykonywania fundamentów, na gruntach występujących głębiej.

Badanie geotechniczne

Jest to podstawa do wykonania jakichkolwiek prac związanych z fundamentowaniem, która musi zostać zrealizowana. Nawet jeżeli mamy do dyspozycji dokumentacje archiwalne, dotyczące geologii danego obszaru, to koniecznie należy wykonać badania geotechniczne w miejscu gdzie ma powstać nowy obiekt budowlany.

Informacje na temat warunków gruntowo-wodnych występujących na danym terenie, są kluczowe dla podejmowania dalszych decyzji dotyczących sposobu prowadzenia prac ziemnych i fundamentowych. Znaczenie ma nie tylko wiedza na temat rodzaju gruntów zawartych w podłożu oraz wysokości zwierciadła wód gruntowych, ale także nośności poszczególnych warstw geotechnicznych.

Przede wszystkim trzeba znaleźć warstwę gruntów, o parametrach wystarczających do przeniesienia na nią obciążeń od budynku. W tym celu wykonuje się odwierty badawcze, pozwalające na rozpoznanie geologii danego obszaru. Chodzi tutaj o określenie rodzaju gruntów w podłożu oraz sposobu ułożenia poszczególnych warstw względem siebie. Podczas wykonywania odwiertów pobiera się próbki gruntu do dalszych badań.

Kolejnym często wykonywanym badaniem geotechnicznym są sondowania. Mają one na celu określenie właściwości mechanicznych gruntów niespoistych tj. piaski, oraz wydzielenie poszczególnych warstw geotechnicznych gruntu. Tego typu informacje są niezbędne w celu wybrania odpowiedniej warstwy, na której mają opierać się fundamenty pośrednie.

Metody wykonywania pali fundamentowych

Pale fundamentowe stanowią zdecydowanie najpopularniejszy sposób na wykonanie fundamentów pośrednich. Można je podzielić na wiele rodzajów w zależności od użytej technologii. W tym tekście omówimy najpowszechniej obecnie stosowane sposoby wykonywania pali fundamentowych.

Pale prefabrykowane

Pale prefabrykowane, są w powszechnym użyciu od dawna, wykonuje się je w zakładach prefabrykacji lub bezpośrednio na budowie w specjalnych formach. Co prawda, w latach siedemdziesiątych zostały w dużej mierze wyparte na rzecz pali wierconych. Miało to bezpośredni związek z rozwojem maszyn wiertniczych służących do ich wykonywania.

Jednakże dzięki ciągłemu rozwojowi technologii, pale prefabrykowane znów są powszechnie wykorzystywane, a nawet zaczeły stanowić bardziej atrakcyjną ekonomicznie alternatywę dla pali wierconych. Wpływ na to mają nowe materiały używane do produkcji pali prefabrykowanych, udoskonalone sposoby transportu oraz nowoczesne maszyny służące do ich wbijania.

Pale prefabrykowane wykonuje się z betonu klasy B-50. Dzięki zastosowaniu tak wytrzymałego betonu można pogrążyć pal w podłożu z większą wydajnością. Wbija się je za pomocą kafarów spalinowych lub hydraulicznych. W przypadku konstrukcji hydrotechnicznych oraz morskich wykorzystuje się pale w postaci rur stalowych. Są one wprowadzane w grunt poprzez wbijanie lub wwibrowywanie.

Pale Vibro-Fundex i Vibrex

Pale Vibro-Fundex i Vibrex, są to technologie wykonywania pali bezpośrednio w gruncie, bez wydobywania urobku na powierzchnię. Metoda Vibro-Fundex polega na wbijaniu stalowej rury w podłoże gruntowe za pomocą młota spalinowego bądź hydraulicznego. Kiedy rura osiągnie określoną głębokość, to wprowadza się do niej zbrojenie. Następnym krokiem jest zalanie wnętrza betonem.

Rurę obsadową można zostawić w gruncie lub wyciągnąć. Pozostawienie rury w gruncie niweluje prawie w całości niewielkie osiadania na początkowych etapach obciążenia pala. Z kolei wyciągnięcie rury za pomocą wibratora powoduje zagęszczenie betonu. W metodzie Vibrex, w trakcie wykonywania pala, rury nie wyciąga się całkowicie, tylko podciąga do wysokości 3 m.

Następnie uzupełnia się ją betonem i wbija z powrotem przy użyciu kafara w grunt. Powoduje to poszerzenie i spęcznienie podstawy pala. Ostatnim etapem jest wyciągnięcie rury za pomocą wibratora.

Pale CFA

Pale CFA, są wykonywane świdrem ciągłym, ślimakowym, który wwierca się w grunt aż do głębokości na której ma się znajdować podstawa pala. W trakcie procesu wiercenia, grunt jest wynoszony na powierzchnię w postaci urobku lub rozpychany za pomocą świdra wewnątrz otworu. W momemcie wyciąganie świdra, przez przewód wiertniczy jest wtłaczany beton, który powinien wypełnić cały odwiert, aż do powierzchni.

Na koniec po wyciągnięciu świdra, do betonowej mieszanki wprowadza się zbrojenie za pomocą wibratora. Wibracje dodatkowo zagęszczają beton. Jest to bardzo szybka i efektywna technologia wykonywania pali, bardzo popularna w Polsce.

Inne rodzaje fundamentów bezpośrednich

Studnie mogą stanowić kolejny przykład fundamentów pośrednich. Sposób tworzenie tego typu fundamentu przypomina sposób wykonywania studni kopanych. Metoda ta polega na zapuszczaniu w grunt betonowych kręgów studziennych. Kręgi betonowe zagłębiają się na skutek własnego ciężaru oraz wybierania gruntu z wnętrza studni.

Proces dokładania kolejnych kręgów oraz wybierania gruntu trwa do momentu, aż studia osiągnie zamierzoną głębokość. Kiedy to się stanie, na dno studni wylewa się beton w celu utworzenia korka. Jeżeli dno studni znajduje się pod powierzchnią wody, należy ją wypompować, po czym w całości zabetonować. W ten sposób otrzymujemy fundament pośredni w postaci studni.

Kesony to kolejna technologia fundamentowania stosowana głównie w budownictwie hydrotechnicznym i mostowym. Używa się ich przy budowie ciężkich konstrukcji inżynierskich tj. obiekty portowe. Mają one postać otwartych od dołu skrzyni o szczelnych ścianach i stropie. Do środka tego typu komory, pompuje się powietrze pod takim ciśnieniem aby wyparło wodę na zewnątrz. Tak przygotowana komora umożliwia pracę robotników, którzy zajmują się usuwaniem gruntu z dna komory.