Fundamenty na palach, kiedy się wykonuje, jakie są rodzaje

W niektórych sytuacjach, grunty występujące na danej działce są zbyt słabe pod projektowaną inwestycję. Dlatego konieczne jest znalezienie warstwy wytrzymalszej na której będzie możliwość oprzeć całą konstrukcję. Najczęściej rolę podpory stanowią fundamenty na palach. Można je wykonywać na wiele sposobów, o czym również będzie pokrótce napisane w poniższym tekście.

Co to są grunty słabonośne

Jest to innymi słowy podłoże gruntowe, w którym występują grunty mało przydatne do celów budowlanych. Oczywiście nie oznacza to że grunt słabonośny nie nadaje się do celów budowlanych w ogóle. Słabe grunty można odpowiednio wzmocnić lub sięgnąć po odpowiednią technologię fundamentowania tj. pale fundamentowe.

Dzisiejsze budownictwo pozwala nie wiele sposobów wzmocnić podłoże gruntowe, rozwój technologii w tej materii jest bardzo dynamiczny. Im większa inwestycja budowlana tym z reguły koszty wzmacniania podłoża tracą na znaczeniu. Najczęściej grunt nie spełnia określonych kryteriów kiedy:

• parametry mechaniczne tj. wskaźnik zagęszczenia gruntu (I_s) lub wytrzymałość na ścinanie (C_u) są niewystarczające pod daną inwestycję;
• posiada niestabilną strukturę ze względu na skład chemiczny np. nasypy niekontrolowane lub zawartość substancji organicznej np. torfy;
• mamy do czynienia z gruntami na terenach osuwiskowych;
• podłoże gruntowe znajduje się na terenach krasowych, objętych działalnością górniczą lub pogórniczych.

Jedną z przyczyn jest przeznaczanie kolejnych obszarów dla celów budowlanych, czy to pod zabudowę mieszkalną czy gospodarczą. Należy jednak pamiętać, że ilość terenów korzystnych pod zabudowę jest ograniczona. Wiąże się to ze wzrostem cen działek i koniecznością budowania na coraz trudniejszych gruntach.

Grunty słabonośne, a fundamenty na palach

Grunty słabonośne możemy określić po parametrach wytrzymałościowych jakie prezentują lub już po zbadaniu samej litologii. Niektóre grunty ze względu na swoje właściwości podyktowane np. dużą ilością substancji organicznej, zazwyczaj nie są brane pod uwagę dla celów budowlanych.

Podczas fazy projektowej danej inwestycji, dokonuje się pewnych założeń odnośnie parametrów jakimi będą charakteryzować się fundamenty projektowanego budynku. Jednak przed rozpoczęciem prac budowlanych należy te założenia zweryfikować. W tym celu zleca się wykonanie badań geotechnicznych, aby sprawdzić grunt oraz jego parametry.

Pierwszym etapem badań geotechnicznych jest wykonanie odwiertów geotechnicznych. Tego typu badania pozwalają nam ustalić z jakiego rodzaju gruntem mamy do czynienia, czy w ogóle nadaje się on pod budowę czy należy go zakwalifikować do gruntów niezabudowanych np. nasypy niekontrolowane lub grunty organiczne.

Na szczęście, tego typu grunty posiadają przeważnie niezbyt dużą miąższość i zalegają blisko powierzchni terenu. Dlatego przeważnie można je po prostu usunąć z wykopu. Jeżeli jednak ich miąższość jest większa i przekracza kilka metrów głębokości, to najbardziej ekonomicznym rozwiązaniem w takiej sytuacji może być wykonanie fundamentów na palach.

Jeżeli grunt jest mineralny i wstępnie nadaje się pod budowę np. piasek lub glina, to bada się parametry wytrzymałościowe takiego gruntu. Sposób badania różni się w zależności od rodzaju gruntu. Aby określić parametry gruntów sypkich wykonuje się sondowania dynamiczne. W sytuacji kiedy mamy grunty spoiste to podstawowym badaniem polowym jest próba wałeczkowania.

W ten sposób możemy określić czy grunt jest wystarczająco wytrzymały pod daną inwestycję czy należy go odpowiednio wzmocnić lub posadowić projektowany obiekty na bardziej nośnych gruntach znajdujących się poniżej.

Fundamenty na palach, metody wykonywania pali

Aby fundament prawidłowo spełniał swoją funkcję musi zostać wykonany na podłożu, które będzie w stanie odeprzeć obciążenia generowane przez obiekt budowlany. W sytuacji kiedy warstwy do których mogą sięgnąć fundamenty bezpośrednie, nie są wystarczająco wytrzymałe, trzeba daną konstrukcję oprzeć na bardziej nośnych gruntach znajdujących się poniżej.

Najczęściej jako fundamenty pośrednie wykorzystuje się pale fundamentowe. Można wymienić wiele technologii palowania, na przestrzeni lat jedne metody zyskiwały na popularności a drugie traciły. Obecnie w Polsce najpopularniejsze jest wykonywanie pali fundamentowych metodą CFA lub prefabrykowanych. Poniżej kilka przykładowych metod.

Pale prefabrykowane

Fundamenty na palach stosowano od dawna, kiedyś do wykonywania pali używano drewna, dzisiaj wykonuje się tzw. pale prefabrykowane z betonu B-50. Dzięki wykorzystaniu tak mocnego betonu można pogrążyć pal z większą wydajnością. Pale pogrąża się za pomocą kafarów hydraulicznych lub spalinowych.

Sam proces wbijania polega na podniesieniu pala do pionu za pomocą kafara, znajdującego się na podwoziu gąsienicowym. Następnie przetransportowaniu go na miejsce przeznaczenia oraz wbiciu w podłoże gruntowe.

W przypadku budowli naziemnych, zazwyczaj używa się pali wykonanych z żelbetu, jeżeli chodzi o konstrukcje hydrotechniczne wykonywane na akwenach śródlądowych lub morzu, stosuje się pale stalowe. Tego rodzaju pale najczęściej mają postać rur zamkniętych lub otwartych. Stosuje się je przy budowie falochronów, przystani czy nabrzeży.

Jeżeli chodzi o transport tego typu pali to nie stanowi od większego problemu. Dłuższe pale prefabrykowane mogą być rozkładane, a następnie łączone ze sobą za pomocą sworzni łączących, podczas procesu pogrążania pala.

Pale wykonywane bezpośrednio w gruncie

Można tutaj wyróżnić wiele metod, jedną z najpopularniejszych są wiercone pale CFA. Ta technologia palowania jest w swoim założeniu względnie prosta, co przekłada się na relatywnie niską cenę wykonania tego typu pali. Aby wykonać pale CFA potrzebna jest palownica o dużej mocy, która pozwoli wykonać nawet kilkaset pali na dzień.

Pale te wykonuje się świdrem ciągłym, w który jest wyposażona palownica. Świder wwierca się w podłoże gruntowe do określonej głębokości (na której ma znajdować się podstawa pala). Kolejnym etapem wykonywania pala jest wyciąganie świdra wraz z urobkiem. W trakcie wyciągania, do otworu jest wtłaczany beton. Ważne, aby beton wypełnił cały odwiert aż do powierzchni.

W momencie kiedy odwiert jest już wypełniony betonem, wprowadza się zbrojenie pala za pomocą wibratora. Wibracje, które są wykonywane podczas tej fazy palowania, dodatkowo zagęszczają beton. Cały proces palowania odbywa się tylko raz, bez kilkukrotnego zapuszczania i wyciągania świdra.

Pale Vibro-Fundex i Vibrex, to przykładowe metody wykonywania pali, w których wykorzystuje się rurę obsadową wykonaną ze stali. Rurę tą wbija się w podłoże za pomocą młota spalinowego bądź hydraulicznego. W momencie kiedy rura osiągnie głębokość na której ma znajdować się podstawa pala, wprowadza się do niej zbrojenie i zalewa betonem.

Samą rurę można zostawić w gruncie lub wyciągnąć. W metodzie Vibrex rury nie wyciąga się całkowicie, tylko podciąga na parę metrów do góry. Następnie pustą przestrzeń uzupełnia betonem i powtórnie wbija w podłoże. Tego typu zabieg poszerza podstawę pala i dogęszcza beton znajdujący się wewnątrz rury.

Jak zaprojektować pale i którą metodę wybrać

Podstawą do podejmowania decyzji odnośnie metody wykonania fundamentów oraz ich parametrów jest wykonania badań geotechnicznych. Dzięki tego typu badaniom, będziemy wiedzieli jakie warunki gruntowo wodne panują w miejscu gdzie ma powstać nowy obiekt budowlany.

Wiedza na temat warunków gruntowych pozwoli na wykonanie analizy obliczeniowej, która pozwoli zaprojektować odpowiednie pale. Chodzi tutaj przede wszystkim o ustalenie sił jakie będą oddziaływać w obrębie pala, określenie jego nośności oraz przemieszczenia się na skutek obciążenia od budynku lub innego obiektu.

Dzięki informacjom otrzymanym po wykonania badań geotechnicznych można tego typu analizę obliczeniową wykonać. Technologia palowania powinna być dobrana mając na uwadze warunki gruntowe oraz założenia konstrukcyjne danego obiektu. Oczywiście w grę wchodzą także aspekty ekonomiczne i ekologiczne.