Palisady jako zabezpieczenie wykopów

W przypadku większych wykopów najczęściej stosowane są ściany szczelinowe lub ściany z grodzic stalowych. Natomiast palisady (ściany palowe) są powszechnie stosowane do zabezpieczeń wykopów za granicą, np. w Niemczech. Większa popularność w Polsce ścian szczelinowych w stosunku do palisad wynika z odmiennego podejścia do kwestii urobku i prostszej utylizacji zawiesiny oraz gruntu zanieczyszczonego zawiesiną bentonitową. W związku z ostatnimi pożarami składowisk odpadów ulegają zaostrzeniu przepisy o gospodarce odpadami i trudniejsze będzie zagospodarowanie urobku zanieczyszczonego zawiesiną bentonitową [1]. Powinno to działać w przyszłości na korzyść palisad. Jednocześnie porównując zabezpieczenie wykopu przed napływem wody gruntowej, należy mieć na względzie, że element o długości w planie ok. 6 m ma w przypadku ściany szczelinowej jeden styk pionowy, a w przypadku palisad tych styków jest kilka. Może być konieczne zastosowanie instalacji iniekcyjnej uszczelniającej cały styk między sąsiednimi palami. Przykład palisady zabezpieczającej wykop podziemnej części budynku pokazano na fot. 1.

Fot. 1. Palisada zabezpieczająca wykop
 

Rodzaje palisad do zabezpieczania wykopów
 

Palisady mogą być wykonane z różnych rodzajów pali. Najczęściej się stosuje klasyczne pale CFA, pale wiercone w rurze obsadowej, pale VdW [2] oraz mikropale.

Do zalet pali CFA można zaliczyć dużą szybkość wykonania (ok. 200 m.b. pali na zmianę) oraz niski koszt jednostkowy pala. Ograniczeniami są tu: nieprzydatność w twardych skałach, brak możliwości przewiercania twardych przeszkód w gruncie (np. starych fundamentów), brak możliwości wykonania ukośnych pali zbrojonych oraz głębokość ograniczona do ok. 20 m. Pale wiercone w rurze obsadowej można wykonać w prawie każdych warunkach gruntowych, możliwe jest przewiercanie starych fundamentów [3], drzew itp., a także wykonanie ścian odchylonych od pionu (do 15 stopni), ciągła kontrola warunków gruntowych oraz precyzyjne umieszczenie zbrojenia w otworze. Wadą takich palisad jest mała wydajność (ok. 40 m.b. na zmianę) i wynikająca z tego wyższa cena. Pale VdW łączą obydwie technologie. Wiercenie odbywa się świdrem ciągłym z jednoczesnym rurowaniem otworu. Charakteryzują się bardzo dużą szybkością wykonania, możliwością wykonania ścian ukośnych oraz bardzo blisko istniejących budynków (do 5 cm). Wadą jest mała dostępność technologii w Polsce, relatywnie niewielka możliwość przewiercania przeszkód w gruncie oraz ograniczona głębokość (cały świder wraz z rurą muszą być zamontowane na palownicy przed wykonaniem pali). Palisady wykonywane są z pali przecinających się, stykających lub rozsuniętych. W przypadku pali przecinających się najpierw się wykonuje pale pierwotne, a potem między nimi pale wtórne. Pale wtórne są zwykle zbrojone. W przypadku zbrojenia pali pierwotnych zbrojenie należy tak ukształtować, aby nie przeszkadzało w wierceniu pali wtórnych.

Czytaj: Optymalizacja wyboru fundamentów palowych

Fot. 2. Palisada z pali wciętych zabezpieczająca przed napływem wody

Odległość między osiami pali jest o 5-15 cm mniejsza od ich średnicy. Pale przecinające się są jedyną możliwością zabezpieczenia przed napływem wody do wykopu. Przykład pokazano na fot. 2, widoczne są górne fragmenty palisady zabezpieczającej przed napływem wody do wykopu w sąsiedztwie rzeki. W palisadach betonowych skuteczne wykonanie elementów wciętych możliwe jest w przypadku pali rurowanych. Mają one na dole rury odpowiednią koronkę równomiernie rozłożoną na obwodzie rury do skrawania betonu pali pierwotnych (fot. 3). Umożliwia to „wgryzanie się” w beton dwóch sąsiednich pali w czasie wiercenia, które w połączeniu z prowadnicą na platformie roboczej stabilizują rurę i pozwalają wiercić w założonym kierunku.

Fot. 3. Koronka wiertnicza na dole rury obsadowej umożliwiająca skrawanie betonu sąsiednich pali

W przypadku świdrów ciągłych, którego końcówkę pokazano na fot. 4, zęby próbują skrawać sąsiednie pale co każde półobrotu, zaczepiają się niejako o sąsiada i mają tendencję do odpychania świdra od osi palisady. Przykład takiej palisady wciętej z pali CFA ukazuje fot. 5. Widać, że pale pierwotne są wykonane w osi palisady, a pale wtórne są odchylone od pionu ze względu na trudności w skrawaniu betonu sąsiednich wcześniej wykonanych pali.

Fot. 4. Zęby skrawające pala CFA / Fot. 5 Palisada wcięta z pali CFA (w centralnej części wykopu) – widoczne pale pierwotne wykonane pionowo i pale wtórne odchylone od pionu

Aby uniknąć takich kłopotów, w palach pierwotnych można stosować beton lub zaprawę o niższej klasie wytrzymałości. Na fot. 6 widać realizację takiej idei, gdzie elementy pierwotne wykonane są w postaci kolumn DSM z cementogruntu, a elementy wtórne to zbrojone pale CFA. Palisady z pali stykających się można użyć do wykonania zabezpieczenia skarp wykopu wykonanego powyżej poziomu wody gruntowej. Rozstaw osiowy pali jest o 5-15 cm większy od średnicy pali. Brak tego luzu i próba wykonania pali w rozstawie równym dokładnie średnicy może powodować trudności w utrzymaniu pionowości palisady. Ewentualne poszerzenia przekroju wcześniej wykonanych pali będą spychać narzędzie wiertnicze i odchylać je od założonego położenia. W przypadku mniejszych obciążeń możliwe jest wykonanie pali rozsuniętych oraz zabezpieczenie przestrzeni między palami opinką (fot. 7).

Fot. 6 Przykład palisady wykonanej z różnych elementów – pierwotne to kolumny DSM, a wtórne to pale CFA zbrojone / Fot. 7 Palisada z pali rozsuniętych, przestrzeń między palami wypełniona opinką drewnianą

Prawidłowe wykonanie palisady wymaga precyzyjnego usytuowania każdego pala. Do tego celu niezbędne jest zastosowanie w czasie wiercenia prowadnicy/szablonu, stabilizuje ona położenie narzędzia podczas wiercenia i przeciwdziała przemieszczaniu się na boki po natrafieniu na przeszkodę w gruncie. Przykład takiego stalowego szablonu jest widoczny na fot. 8. Możliwe jest również wykonanie konstrukcji betonowych/żelbetowych umożliwiających precyzyjne prowadzenie narzędzia wiertniczego w czasie wiercenia pali; idea takiej konstrukcji podobna jest do murków prowadzących w przypadku ścian szczelinowych.

Fot. 8. Prowadnica stalowa wykorzystywana do stabilizacji narzędzia wiertniczego w planie przy wierceniu palisady / Fot. 9. Palisada stanowiąca zabezpieczenie wykopu fundamentu obiektu mostowego

Palisady mają łatwość formowania konstrukcji o skomplikowanych kształtach w planie, np. umożliwiają formowanie elementów łukowych.

Na fot. 9 pokazano konstrukcję wykonaną za pomocą zaprezentowanego wcześniej szablonu. Jest to cylindryczna obudowa wykopu fundamentu podpory mostowej. Ciekawą konstrukcją jest zaprezentowana na fot. 10 łukowa palisada, która zabezpiecza wykop wcięty w górskie zbocze i przenosi parcie od gruntu przez zginanie pali i rozpór łuku uformowanego w planie.

Fot. 10. Palisada o kształcie łukowym stanowiąca zabezpieczenie zbocza górskiego / Fot. 11. Palisada z mikropali stanowiących zabezpieczenie wykonywanego wykopu

Do zabezpieczeń wykopów stosowane są również palisady z mi- kropali. Na fot. 11 pokazano zabezpieczenie niewielkiego wykopu z budynkiem na naziomie. Z powodzeniem palisady z mikropali są używane w głębokich wykopach (fot. 12). Pokazana na zdjęciu palisada pełni dodatkowo odpowiedzialną funkcję ochrony zabytkowego budynku, który będzie poddany rewitalizacji.

Fot. 12. Palisada zabezpieczająca głęboki wykop z istniejącym na naziomie zabytkowym budynkiem

mgr inż. Piotr Rychlewski, Instytut Badawczy Dróg i Mostów
Zdjęcia autora

Literatura

1. S. Janiszewska, J. Saloni, R. Hałabura, Wytwarzanie odpadów na budowach geotechnicznych – problemy formalne i ekonomiczne, Seminarium IBDiM i PZWFS „Wzmacnianie podłoża i fundamentowanie 2019”, Warszawa 2019.
2. P. Rychlewski, Rurowane pale CFA, „Inżynier Budownictwa” nr 11/2012.
3. E. Marcinków, Palisady z pali wierconych – możliwości zastosowań, Seminarium IBDiM i PZWFS „Fundamenty palowe 2015”, Warszawa 2015

Przeczytaj: Zastosowanie ścianek szczelnych do zabezpieczania głębokich wykopów