Sprawdzenie i ewentualne wzmocnienie podłoża gruntowego jest istotnym etapem rozpoczęcia każdej inwestycji budowlanej. Ze względów bezpieczeństwa dla budowli i jej użytkowników, zabiegom wzmacniającym podłoże poddaje się głównie obszary zalegania gruntów słabonośnych, wykazujących tendencję do odkształcania oraz o zróżnicowanym przekroju. Często zdarza się też, że wzmocnienie gruntu wymagane jest przy istniejącym już fundamentowaniu – ze względu na powstałe zmiany w podłożu, na którym usytuowane są budynki/konstrukcje. Wśród przyczyn, jakie determinują wzmocnienie podłoża budowlanego są zarówno czynniki technogenne, jak i naturalne.
Przed rozpoczęciem procesu wzmacniania podłoża konieczne jest przeprowadzenie precyzyjnego badania gruntu w korelacji z obciążeniami generowanymi przez zaplanowane przedsięwzięcie. Na rynku funkcjonuje wiele firm oferujących innowacyjne metody wzmocnienia podłoża gruntowego, które różnią się między sobą sposobem wykonania i oddziaływaniem. Zróżnicowane spektrum metod pozwala dobrać optymalną technologię wzmocnienia podłoża, idealnie dostosowaną do charakteru i specyfiki budynku/budowli oraz otoczenia inwestycji. Jakie są obecnie najpopularniejsze techniki wzmacniające podłoże gruntowe?
Kiedy wymagane jest wzmocnienie gruntu?
W momencie planowanie inwestycji budowlanej, ważne jest, żeby grunt, na jakim będzie ona posadowiona – był odpowiednio ustabilizowany. Przedsięwzięcia budowlane wymagają różnego poziomu nośności gruntu, dlatego w zależności od specyfiki inwestycji, terenu i najbliższego otoczenia – stosuje się odmienne metody wzmacniania podłoża. Jeżeli badanie budowy geologicznej gruntów wykaże, iż są one zbyt luźne, mocno nawodnione bądź miękkie, to konieczne staje się wzmocnienie. Powszechną technologią stabilizacji gruntu jest palowanie i montaż kolumn. W procesie wwiercania się w podłoże za pomocą specjalnego świdra, zagęszcza grunt okalający otwór, który wypełnia się później odpowiednio dobraną mieszanką, najczęściej cementową. Powstałe w ten sposób pale są solidnym wzmocnieniem pod przyszłą budowę w przypadku większości gruntów – od luźnych piasków, poprzez miękkoplastyczne gliny – aż po podłoża organiczne o znacznym poziomie zawilgocenia.
Wzmocnienie podłoża stosuje się również przy istniejących obiektach. Do najczęstszych przyczyn, które wymuszają użycie technologii wzmacniającej podłoże gruntowe, zaliczyć można m.in. takie sytuacje, jak:
• budynek, budowla czy konstrukcja stoi na gruntach spoistych i dochodzi do osiadania,
• podłoże nie zostało odpowiednio zagęszczone na etapie budowy,
• grunt uległ pogorszeniu przez nadmierne nawadnianie podłoża,
• uwidoczniła się zróżnicowana struktura gruntu pod fundamentem, która spowodowała deformacje,
• drgania i osiadanie gruntu związane z prowadzonymi w sąsiedztwie robotami ziemnymi zagrażają konstrukcji istniejącego obiektu budowlanego,
• nieodpowiednia jakość prac fundamentowych w fazie budowy,
• dynamiczne zmiany w warunkach środowiskowych albo w bliskim otoczeniu budynku.
W dalszej części artykułu przedstawiamy przegląd najpopularniejszych technologii wzmacniania podłoża gruntowego.
Pale CFA (Continuous Flight Auger) – pale formowane świdrem ciągłym
Proces, w którym powstają pale CFA polega na wywierceniu w podłożu otworu świdrem ślimakowym, podczas którego dochodzi do rozpychania gruntu na boki, co powoduje jego zagęszczenie, ponieważ na zewnątrz wydostaje się znikoma ilość urobku. Kiedy świder osiągnie zakładaną głębokość, dochodzi do formowania się pala poprzez jego podciąganie z równoczesnym tłoczeniem betonu przez znajdujący się przewód rdzeniowy i pod odpowiednim ciśnieniem. Po wypełnieniu otworu mieszanką betonową, następuje osadzenie w jego osi zbrojenia (kształtownik stalowy lub kosz zbrojeniowy). Pale CFA stosuje się do wzmacniania podłoża pod posadowienie budynków, hal oraz budowle liniowe (np. hydrotechniczne czy komunikacyjne).
Pale FDP, czyli pale przemieszczeniowe
Technologia palowania FDP wiąże się z zastosowaniem głowicy przemieszczeniowej, która wkręcana zostaje w podłoże gruntowe. W trakcie pracy urobek jest rozpychany, chroniąc otaczający otwór grunt przed rozluźnieniem oraz obsypywaniem. Po osiągnięciu projektowanej głębokości, głowica przemieszczeniowa jest podciągana, a w międzyczasie otwór wypełniany zostaje mieszanką betonową, która podawana pod ciśnieniem – zapewnia stateczność otworu i szczelnie wypełnia przestrzeń pod narzędziem wiertniczym. Później w otworze umieszcza się szkielet zbrojeniowy, który opada grawitacyjnie i poprzez delikatne wibrowanie mieszanki betonu. Pale FDP doskonale nadają się do posadawiania budynków i budowli, obiektów mostowych, wzmacniania gruntu w trakcie inwestycji drogowych oraz przy obudowywaniu głębokich wykopów.
Technologia DSM – system mieszania gruntu (Deep Soil Mixing)
Technologia DSM, która znajduje zastosowanie przede wszystkim przy budowlach liniowych, komunikacyjnych i hydrotechnicznych, polega na formowaniu kolumny o określonych w projekcie parametrach. Kolumny DSM powstają za pośrednictwem palownicy z szybkoobrotową głowicą z mieszadłem. Pogrążanie mieszadła powoduje odspajanie się gruntu i miksowanie go z zaczynem cementowym. W razie potrzeby, formowane w ten sposób kolumny DSM dozbraja się stalowymi elementami: https://www.budokop.pl/dsm-wzmocnienia-podloza/
Metoda jet-grouting, czyli kolumny formowane za pomocą iniekcji wysokociśnieniowej
Specyfika tworzenia kolumny jet-grouting https://www.budokop.pl/jet-grouting/ związana jest z roztłukiwaniem pierwotnej struktury gruntowej, wyprowadzeniu części odspojonego urobku na powierzchnię oraz wypełnienie uwolnionej przestrzeni zaczynem cementowym. Kolumny jet-grouting nie mają regularnego kształtu, jednak posiadają formę zbliżoną do walca, którego podstawa ma średnicę 600-2500 mm. Proces ten odbywa się dwuetapowo, tzn. w pierwszej części wykonywany jest w podłożu niewielki otwór, jaki później poszerzany jest przez specjalną żerdź, z której przez dyszę pompowany jest pod wysokim ciśnieniem zaczyn cementowy, rozpłukujący okalający otwór grunt.
Metoda jet-grouting wykonywana jest w wariancie pojedynczym, podwójnym bądź potrójnym i znajduje zastosowanie głównie do wzmacniania zapór ziemnych, umacniania skarp, posadowienia przyczółków mostowych, wykopów, tworzenia ekranów zbiorników oraz ścian palowych.
Mikropale iniekcyjne
Definicja mikropali zarezerwowana jest dla kolumno średnicy nie przekraczającej 300 mm. Mikropale iniekcyjne wykonuje się przy zastosowaniu żerdzi, koronek i łączników, które zwykle po wywierceniu mikropala stanowią jego uzbrojenie. Tego typu technologia nie wymaga wielkogabarytowych maszyn, dzięki czemu stosuje się ją często w gęstej zabudowie i w otoczeniu ograniczającą przestrzeń istniejącej infrastruktury. Zaletą mikrofali iniekcyjnych jest ponadto gwarancja szybkiej realizacji wzmocnienia podłoża, bowiem proces ich tworzenia polega na jednoczesnym wierceniu bez rur osłonowych, iniekcji zaczynu i montażu zbrojenia. Otwór zostaje wypełniany zaczynem od dołu w kierunku góry, a proces formowania kończy się z chwilą pojawienia się mieszanki na powierzchni. W razie ubytków podanego zaczynu, po ok. 30 minutach można zastosować tzw. iniekcję wtórną.
Kotwy gruntowe
Efektywne kotwy gruntowe stosuje się w miejscach, w których rodzime podłoże nie gwarantuje pożądanej stateczności dla palisad, ścianek szczelnych czy obudów wykopów. Zwyczajowo wykonuje się je w systemie żerdzi samowiercących, w którym cięgno kotwy stanowi tracona żerdź albo przy zastosowaniu stalowych prętów czy liny. Montaż kotwy gruntowej odbywa się w przez dokonanie odwiertu w osłonie rurowej oraz przy wykorzystaniu płuczki wiertniczej. Po zainstalowaniu kotwy przeprowadza się jej sprężenie, które ma za zadanie ograniczenie w przyszłości ryzyka przemieszczenia bądź odkształcenia podczas pracy kotwy, działającej na wyciąganie.
Pale VDW / pale CCFA – pale wiercone w rurze osłonowej
Palowanie VDW, znane także jako CCFA, przeprowadzane jest w orurowaniu i łączy w sobie wszystkie zalety technologii CFA oraz pali osadzanych w rurze obsadowej. Do wykonania pali VDW (CCFA) niezbędna jest maszyna w podwójną głowicą, posiadającą funkcję niezależnego obrotu w przeciwnych kierunkach świdra i rury zewnętrznej, która zapewnia stateczność otworu w trakcie wiercenia. Podczas nawicertu urobek transportowany jest na zewnątrz, a po osiągnięciu ustalonej głębokości – inicjowany jest proces wypełniania otworu mieszanką betonową, do której na koniec wprowadzane zostaje zbrojenie. Pale CCFA / VDW wykorzystuje się najczęściej przy palisadach w pali w systemie siecznym, palisadach w pobliżu istniejących budynków, przy zbyt miękkich lub twardych skałach, jeśli chodzi o warunki gruntowe oraz aby zredukować efekt nadmiernego wybierania gruntu z pobocznicy pala.
Przemieszczeniowe pale VIBRO
Bezurobkowa technologia pali VIBRO polega na rozpychaniu gruntu przylegającego do stalowej rury, pogrążanej za pomocą metody wibracyjnej. Podczas zagłębiania rury VIBRO, jej wlot jest zabezpieczony przed wypełnieniem jej wnętrza przez grunt. Z chwilą uzyskania założonej głębokości, rura zostaje podciągana, a w wolną przestrzeń sukcesywnie tłoczony jest beton pod ciśnieniem, co zapewnia otworowi wymaganą stateczność. Ostatnim etapem formowania pala VIBRO jest pogrążenie w mieszance betonu szkieletu zbrojeniowego. Atutem pali VIBRO jest znacznie większa nośność, niż w przypadku palowania wykonywanego w technologii przemieszczeniowej bezwibracyjnej.
