Wzmacnianie podłoża pod hale przemysłowe
40
na gruntach o dużej sztywności, tracą stateczność w wyniku spęcz-
nienia górnej ich części. W przypadku kolumn krępych (np. kamien-
nych) formowanych metodą wymiany dynamicznej, zniszczenie nastę-
puje w momencie osiągnięcia stanu granicznego nośności i objawia
się wyparciem gruntu w otoczeniu głowicy kolumny.
Analizę nośności i osiadania podłoża gruntowego wzmocnionego
kolumnami kamiennymi wykonuje się zazwyczaj analitycznie meto-
dami Priebego (rys. 3) i Braunsa. Opierają się one na koncepcji
komórki jednostkowej, w której podłoże pod obiektami rozległymi
i równomiernie obciążonymi sprowadza się do równowagi pojedyn-
czej kolumny otoczonej słabym gruntem (podział na obszary wpływu
poszczególnych kolumn). Średnicę komórki jednostkowej ustala się na
podstawie rozstawu kolumn i przyjętej siatki wzmocnienia.
Kolumny cementowo-gruntowe oraz betonowe projektuje się w opar-
ciu o znane od wielu lat wzory, definiujące ich nośność jako sumę
wartości tego parametru dla podstawy i pobocznicy.
Nośność tę oblicza się ze wzorów statycznych, z wprowadzeniem
współczynników bezpieczeństwa osobno do nośności podstawy
i pobocznicy:
gdzie
R
c;d
– całkowita obliczeniowa nośność pala R
c
zależna od wytrzymało-
ści gruntu,
R
c;k
– charakterystyczna wartość,
R
c
, R
b;k
– charakterystyczna nośność podłoża pod podstawą pala,
R
s;k
– charakterystyczna nośność gruntu wzdłuż pobocznicy,
γ
t
,
γ
b
,
γ
s
– częściowe współczynniki bezpieczeństwa (dla całkowitej
nośności pala, podstawy i pobocznicy).
Wielkość:
q
b;k
– charakteryzuje opór jednostkowy pod podstawą pala,
q
s,i;k
– określa charakterystyczny opór na pobocznicy pala w kolejnych
warstwach gruntu,
A
b
– pole przekroju poprzecznego podstawy kolumny,
A
s,i
– pole pobocznicy kolumny zagłębionej w gruncie w obrębie war-
stwy i.
W praktyce inżynierskiej nadal jednak korzysta się ze starej normy
palowej PN-B-02482, która podaje wartości oporów q i t, biorąc pod
uwagę rodzaj oraz stan gruntu. Takich zależności nie określa nato-
miast EN 1997-1, a wartości oporów podstawy (q
b;k
) i pobocznicy
(q
s,i;k
) nie są tu równoznaczne z oporami q i t
i
z normy PN-B-02482.
Na podstawowych założeniach, uwzględniających nośność kolumny jako
sumę nośności podstawy oraz pobocznicy, opartych jest również bar-
dzo wiele metod projektowania kolumn betonowych oraz iniekcyjnych
(procedury projektowe adaptowane do konkretnych technologii podał
w swojej pracy prof. K. Gwizdała w monografii Fundamenty palowe).
Kolumny można także opracowywać na podstawie sondowań CPT
metodami: EAP (metoda niemiecka) oraz LCPC (metoda francuska)
z uwzględnieniem wytycznych EN 1997-2 (załącznik D).
Eurokod dopuszcza projektowanie w oparciu o wyniki badań tereno-
wych pali próbnych, co może okazać się szczególnie opłacalne przy
realizacji dużych zadań. Znaczne oszczędności mogą wówczas prze-
kroczyć wartość wykonywania badań terenowych w skali naturalnej
oraz zrekompensować ich wydłużony czas.
x x x
Kolumny kamienne – metoda wymiany dynamicznej
Proces formowania kolumn metodą wymiany dynamicznej odbywa się
przy użyciu koparek czerpakowych lub dźwigów przystosowanych do
swobodnego zrzutu ubijaka o dużej masie z określonej wysokości
(rys. 4). W pierwszej fazie formowania kolumny w gruncie wybija się
krater (rys. 5a), a następnie wypełnia się go kruszywem. Wówczas
ponownie zrzucany jest w niego ubijak (rys. 5b), aż do momentu ufor-
mowania kolejnego krateru, który powstaje na skutek wtłaczania mate-
riału wypełniającego w dno i boki krateru. Ponownie wsypuje się mate-
riał i kontynuuje zrzucanie ubijaka (rys. 5b). Etapy powtarza się do
momentu wystąpienia wyraźnego spadku wpędu przy kolejnych uda-
rach (zmniejszenie zagłębiania się ubijaka przy każdym zrzucie).
Znaczny wzrost oporów zagłębiania może oznaczać dojście podstawy
kolumny do warstwy o większej sztywności (rys. 5c) lub ograniczenie
zagłębiania kolumny ze względu na stosowaną energię uderzenia
(powstaje wtedy kolumna zawieszona w gruncie słabym).
Używany powszechnie sprzęt umożliwia zrzut ubijaka o masie 10–12 t
z wysokości do 25 m. Łączna liczba uderzeń potrzebna do uformowa-
nia kolumny (zależnie od warunków gruntowych) waha się w przedziale
15–30. W wyniku wbijania kruszywa w podłoże gruntowe uzyskiwane
są kolumny o zróżnicowanych średnicach i kształtach, które zależą od
sztywności gruntu, zastosowanej energii oraz kształtu ubijaka.
rys. T. Blejarski
Rys. 5. Etapy wykonywania kolumny kamiennej metodą wymiany dynamicznej:
a) tworzenie krateru, b) wypełnianie krateru kruszywem i ponowne tworzenie krateru,
c) uformowana kolumna
rys. Polbud-Pomorze
Rys. 4. Tworzenie kolumny kamiennej
,
