Pale wiercone i formowane ciągłym świdrem ślimakowym są stosowane na świecie od wielu lat. W języku angielskim pale te nazwano CFA (Continuous Flight Auger Piles), po francusku pieux foré à la tariere creuse, po niemiecku SOB (Schneckenortbetonpfähle). W języku polskim stosowana jest także nazwa pale FSC (formowane świdrem ciągłym).
Technika pali CFA rozwinęła się szybko, szczególnie w latach 90. Są one przydatne niemal we wszystkich gruntach. Palownice o dużej mocy, z wysokociśnieniowymi napędami hydraulicznymi, pozwoliły znacząco zwiększyć szybkość robót, nawet do 200 m.b. pali na dzień. Dzięki takiej wydajności pale CFA stały się relatywnie tańsze od innych pali formowanych w gruncie. Również brak wibracji i wstrząsów oraz stosunkowo nieduży hałas zdecydowały o ogromnym zapotrzebowaniu na pale CFA. W wielu krajach obecnie zastąpiły one niemal zupełnie pale wbijane, a także klasyczne pale wiercone z rurowaniem lub w zawiesinie.
Typowe wymiary pali CFA mają średnicę 400–1000 mm, a głębokość zwykle do 18 m. Obecnie za granicą wykonuje się pale o zagłębieniu do 30 m i średnicy do 1500 mm, które mogą być zbrojone na całej długości. Stosowane są zarówno jako fundamenty głębokie, jak i ściany palowe.
Rys. Pale CFA – fazy wykonywania
Pale CFA różnią się od innych pali sposobem wiercenia i formowania. Istota sposobu polega na wwierceniu w grunt ciągłego świdra ślimakowego na głębokość odpowiadającą długości pala. Wiercenie odbywa się w specjalny sposób – w jednym cyklu, bez wyjmowania narzędzia. Dzięki temu ilość wynoszonego urobku w stosunku do objętości otworu jest niewielka. Urobek wypełnia przestrzeń między zwojami świdra, a część jego zostaje rozepchnięta w otaczający grunt, chroniąc stateczność otworu. Otaczający otwór grunt jest również chroniony przed rozluźnieniem.
>>> Pale stalowe w konstrukcjach fundamentowych
>>> Szybkie metody wykonania pali: pale FRANKI nowej generacji, pale CFA
>>> Pale wiercone – zwiększanie nośności metodą iniekcji podstaw
Fazy wykonywania pali CFA (rys.):
a) ustawienie świdra,
b) wiercenie świdrem z jednoczesnym jego zagłębianiem,
c) dowiercenie do pełnej głębokości,
d) podciąganie świdra z jednoczesnym tłoczeniem mieszanki betonowej przez rurę rdzeniową,
e) zabetonowanie pala z pewnym naddatkiem,
f) pogrążanie zbrojenia,
g) umieszczenie zbrojenia, zwykle nie na całej długości pala.
Po osiągnięciu zamierzonej głębokości świder podciąga się z równoczesnym wtłaczaniem przez rurę rdzeniową świdra specjalnie dobranej mieszanki betonowej. Jest to mieszanka pompowalna, o odpowiedniej konsystencji i granulacji kruszywa oraz zawartości cementu. Mieszanka nie powinna zawierać dużych ziaren kruszywa, gdyż powodują one zatykanie przewodu.
Prędkość wyciągania świdra powinna być dostatecznie mała, aby nie wywoływać zasysania gruntu i by otwór się nie zapływał. Jest ona dostosowana do wydajności podawania mieszanki, tak aby przez cały czas formowania pala zapewnić wymagane jej nadciśnienie. Dzięki temu beton szczelnie wypełnia przestrzeń pod świdrem. Ciśnienie mieszanki betonowej utrzymuje stateczność otworu i zapewnia dobre zespolenie trzonu pala z gruntem. Po wyjęciu świdra w świeżą mieszankę wprowadza się szkielet zbrojeniowy o długości zbliżonej lub mniejszej od głębokości otworu. Szkielet zbrojeniowy jest wprowadzany przez wciskanie i wibrowanie lub „wciąganie” prowadnicą z zaczepem.
Fot. 1. Pale CFA. Palownica ze świdrem ciągłym
Fot. 2. Pale CFA. Pogrążanie zbrojenia
Na fot. 1 pokazano palownicę ze świdrem ciągłym, z podłączoną pompą do tłoczenia mieszanki betonowej. Długie ramię pompy może podążać za przemieszczającą się po placu budowy palownicą. Umożliwia to wykonanie w ciągu godziny nawet kilku niewielkich pali, bez przestawiania pompy.
Kolejnym krokiem w doskonaleniu techniki pali CFA było wprowadzenie ciągłej kontroli i rejestracji parametrów wiercenia (posuw świdra, prędkość obrotowa i moment stołu wiertniczego) i formowania (prędkość unoszenia świdra, wydajność i ciśnienie mieszanki betonowej, profil wypełnienia otworu). Palownice wyposażane są w urządzenia rejestrujące parametry wykonywania pala, które są wyświetlane na monitorze w kabinie operatora i rejestrowane w pamięci komputera. Urządzenie umożliwia operatorowi bieżącą kontrolę oraz sterowanie procesem wiercenia i betonowania.
Zarejestrowane parametry są podstawą do sporządzenia wiarygodnej i dokładnej metryki pala. Zawiera ona wiele informacji, m.in.: numer pala, lokalizację obiektu, datę, średnicę, pochylenie, rzędne i długości wiercenia i betonowania, zużycie betonu, czasy wiercenia i betonowania, dane dotyczące mieszanki betonowej, szybkości wiercenia i wyciągania świdra, ciśnienia w instalacji hydraulicznej palownicy obrazującego opory zagłębiania świdra. Na fot. 2 pokazano pogrążanie zbrojenia w świeżej mieszance betonowej. Najczęściej zbrojenie jest zagłębiane pod obciążeniem statycznym ze wspomaganiem wibracyjnym w końcowej fazie. Kosz zbrojeniowy pala CFA ma zazwyczaj w dolnej części lekko odgięte pręty, ułatwia to pogrążanie zbrojenia.
Do najważniejszych zalet pali CFA należą: szybkość wykonania, niższe koszty niż pali wierconych w rurach, brak wibracji i wstrząsów, niewielki hałas, nośności większe od typowych pali wierconych o takich samych wymiarach.
mgr inż. Piotr Rychlewski
Instytut Badawczy Dróg i Mostów
