Badania fundamentów głębokich na palach

Celem badań pali może być:

– wyznaczenie danych do projektu palowania (w przypadku badań przedprojektowych, które niestety są w Polsce bardzo rzadko wykonywane),

– weryfikacja założeń przyjętych w projekcie,

– określenie przemieszczeń pala w zakresie obciążeń użytkowych,

– sprawdzenie jakości (ciągłości) pala.

Przydatność poszczególnych badań podano w tablicy zgodnie z normą PN-EN 1536:2001 Wykonawstwo specjalnych robót geotechnicznych – Pale wiercone.

Badania statyczne pali zostały opisane w numerze 06/2011 Inżyniera Budownictwa. Najczęściej wykonywane są zgodnie z normą PN-B-02482:1983 metodą stałych stopni obciążenia. Jest to jedyna metoda, która pozwala bezpośrednio wyznaczyć zależność osiadania od obciążeń oraz nośność graniczną. Coraz częściej przy okazji próbnych obciążeń wykonywane są pomiary rozkładu oporów pobocznicy pala na różnych głębokościach oraz oporu podstawy. Wymaga to osadzenie, w specjalnie przygotowanych rurkach, szeregu ekstensometrów (przyrządów do pomiaru zmian wymiarów liniowych elementów konstrukcji wykonanych z różnych materiałów), które mierzą odkształcenia pionowe trzonu betonowego pala na różnych głębokościach. Na podstawie znajomości charakterystyki modułu odkształcenia betonu możliwe jest obliczenie naprężeń oraz oporów podstawy i pobocznicy pala na różnych głębokościach. Na rysunkach 1 i 2 pokazano rozkłady sił i oporów w palu.

Fot. 1 Badanie dynamiczne pala wielkośrednicowego

Badania dynamiczneze względu na łatwość przyłożenia obciążenia i dostępność sprzętu najczęściej wykonywane jest na palach prefabrykowanych. Zdecydowanie rzadziej obciążane są tą metoda pale większych średnic czy barety.

Badanie polega na uderzeniu w głowicę pala ciężkim bijakiem. Bijak ma zwykle masę kilku ton. W czasie badania rejestruje się przyspieszenia i odkształcenia w głowicy pala. W wyniku analizy równania różniczkowego opisującego przemieszczenia pala w badaniu dynamicznym otrzymuje się (w zależności od przyjętej metody interpretacji) nośność graniczną, opory na pobocznicy i podstawie, rozkład oporów wzdłuż pobocznicy pala i skrócenie pala.

Tab.  Zastosowanie poszczególnych metod badań

Zalety badania:

– szybkość przeprowadzenia badania,

– brak dużych dodatkowych konstrukcji, przygotowanie pala ogranicza się do przygotowania głowicy pala i urządzenia umożliwiającego uderzenie bijaka,

– wynikająca z wcześniej przedstawionych zalet niższa cena,

– niewielka stosunkowo uciążliwość dla prowadzonej budowy.

Rys. 1 Rozkład sił wzdłuż trzonu pala [1]

Wady badania:

– wynik badania zależy od wprowadzonych do obliczeń danych (materiałowych, geometrycznych),

– przeprowadzenie badań i ich interpretacja wymaga dużego doświadczenia i wiedzy,

– interpretacja wyników badania jest czasochłonna i nie może zostać podana bezpośrednio po przeprowadzeniu badania,

– badanie jest trudno ocenialne przez osoby postronne (np. przez inspektora nadzoru),

Na fot. 1 pokazano bijak na rurze prowadzącej zamocowanej do pala.

Badania ciągłościąmetodą oceny charakterystyk przebiegu fali nie wymaga wielu przygotowań i ze względu na swoją prostotę umożliwia zbadanie nawet wszystkich pali w fundamencie. Badanie ciągłości polega na uderzeniu w głowicę pala specjalnym młotkiem oraz zarejestrowanie efektów odbitej fali czujnikiem przyspieszeń zamocowanym do głowicy. Uderzeniem młotka wzbudza się w palu podłużną falę naprężeń, która po odbiciu się od podstawy pala wraca i jest rejestrowana przez czujnik. Mierząc czas opóźnienia odbitego sygnału oraz znając prędkość rozchodzenia się fali możemy obliczyć długość pala. W przypadku zmian w przekroju pala (pogrubienia lub zwężenia) fala częściowo odbija się wcześniej, co znajduje odzwierciedlenie w rejestrowanych parametrach. Wiedza i doświadczenie przeprowadzającego badanie pozwala na ocenę rodzaju i wielkości takiego defektu pala.

Fot. 2 Urządzenie do badania ciągłości pali

Rys. 2 Rozkład oporów podstawy i pobocznicy pala w czasie próbnego obciążenia [1]

Prędkość rozchodzenia się fali zależy od materiału pala. Rozbieżności pomiędzy wprowadzonymi danymi a rzeczywistymi właściwościami pala skutkują błędami w ocenie długości pala.

Zalety badania:

– szybkość przeprowadzenia badania,

– brak dodatkowych konstrukcji,

– łatwość przeprowadzenia badania nawet na wszystkich palach danego fundamentu,

– wynikająca z tego niska cena.

– łatwe powtórzenie badania w przypadku wadliwej rejestracji wyników.

Fot. 3 Czujniki do pomiaru odkształceń i przyśpieszeń w badaniu dynamicznym pala

Wady badania:

– wynik badania zależy od wprowadzonych danych materiału z którego wykonany jest pal,

– poprawna rejestracja danych zależy od umiejętnego przyłożenia czujnika i uderzenia młotkiem,

– przeprowadzenie badań i ich interpretacja wymaga dużego doświadczenia i wiedzy,

– badanie jest trudno oceniane przez osoby postronne (np. inspektora nadzoru),

– bardzo trudno nim wykryć niewielkie defekty pala.

mgr inż. Piotr Rychlewski

Instytut Badawczy Dróg i Mostów

Literatura

C. Szymankiewicz, Poszerzenie podstaw pali metodą iniekcji strumieniowej, Seminarium „Nowatorskie rozwiązania w mosto-wnictwie i geoinżynierii”, Warszawa, 13 listopada 2012.