Mikropale są często wykorzystywane przy realizacji bardzo małych fundamentów, a ponieważ dość łatwo można je wykonać z dużym pochyleniem, także przy fundamentowaniu mostów łukowych.
Mikropale zostały omówione w numerze 10/2011 „IB”. Spośród innych rodzajów pali wyróżniają je m.in. następujące właściwości:
– niewielki sprzęt potrzebny do wykonania,
– duże sztywności osiowe i małe osiadania,
– duże nośności w odniesieniu do swoich wymiarów,
– przenoszenie obciążeń na grunt głównie za pośrednictwem pobocznicy, z czego wynikają porównywalne nośności na wciskanie i wyciąganie (różnica nośności jest zwykle mniejsza niż 20%),
– mała nośność na zginanie i ścinanie, szczególnie mikropali o mniejszych średnicach i zbrojonych prętem,
– relatywnie wysoka cena jednostkowa w stosunku do pali dużych średnic.
Rys. Układ mikropali w podporze [2]
Jednak w przypadku bardzo małych fundamentów koszty jednostkowe mobilizacji sprzętu dla dużych palownic sprawiają, że użycie małego sprzętu i wykonanie mikropali jest rozwiązaniem najbardziej efektywnym.
Przykładem takiego obiektu jest fundament konstrukcji wsporczej do przeprowadzenia rurociągu nad niewielką rzeczką. Fundament posadowiono na pięciu mikropalach o średnicy 260 mm i długości 5,70 m wykonanych metodą wiercenia świdrem ciągłym. Maszynę do wykonywania pokazano na fot. 1. Zbrojenie mikropala stanowi dwuteownik 140 wzmocniony czterema prętami ø 20. Do iniekcji i uformowania trzonu mikropala zastosowano zaczyn cementowy. Na fot. 2 pokazano szczegół zbrojenia z rurką iniekcyjną. Środkowy mikropal poddano próbnemu obciążeniu (fot. 3).
Fot. 1 Maszyna do wykonywania mikropali świdrem ciągłym
Fot. 2 Dolna część zbrojenia mikropala z rurkami iniekcyjnymi
Fot. 3 Konstrukcja do przeprowadzenia próbnego obciążenia mikropala. Widoczne rurki iniekcyjne w mikropalach kotwiących
Mikropale dość łatwo można wykonać z dużym pochyleniem. Właściwość ta z powodzeniem wykorzystywana jest do fundamentowania mostów łukowych. Zaprojektowanie mikropali z pochyleniem stycznym do osi łuku pozwala przenosić siły rozporowe bezpośrednio przez nośność mikropali na wciskanie. Taki obiekt pokazano na fot. 4.
Fot. 4 Most łukowy z jazdą górą posadowiony na mikropalach (fot. Titan Polska)
Fundament obiektu wykonano na mikropalach samowiercących. W przyczółku zastosowano dwa rzędy mikropali pionowych o długości 9 i 12 m. Siły poziome przejmowały mikropale ukośne o długości 12 m. Łuk oparto na trzech rzędach mikropali. Dwa ukośne mikropale o długościach 12 i 15 m przejmowały siłę z dźwigara łukowego, a jeden rząd pionowy o długości 15 m przejmował siły z filara posadowionego na fundamencie. O zastosowaniu takiej technologii zadecydowały: optymalne przejęcie sił pochodzących z konstrukcji przez układ kozłowy mikropali, czas wykonania i warunki gruntowe (flisz karpacki), do których idealnie nadają się mikropale samowiercące.
Podobnie sytuacja wygląda w przypadku mostów łukowych z jazdą dołem. Na fot. 5 pokazano układ pali ukośnych w miejscu oparcia pojedynczego łuku.
Fot. 5 Układ pali ukośnych w moście łukowym z jazdą dołem
Taki układ pali eliminuje konieczność przenoszenia przez te elementy dużych sił zginających. Siła rozporu łuku przenoszona jest na grunt przez wachlarzowy układ pochylonych mikropali. W fundamencie łuku wykonano (fot. 6) ponad 40 pochylonych mikropali.
Fot. 6 Maszyna w czasie wykonywania pali pochylonych
Mikropale stosowane są również jako fundamenty bardzo dużych obiektów mostowych.Na fot. 7 pokazano przykład takiego obiektu, jest to estakada drogi ekspresowej składająca się z 10 przęseł o łącznej długości ponad 400 m. Do wykonania mikropali fundamentowych na grząskim podłożu wykorzystano maszynę gąsienicową o masie 10 ton, co nie wymagało budowy specjalnych platform i dróg dojazdowych. W podłożu zalegały dużej miąższości warstwy miękkoplastycznej gytii i kredy jeziornej (IL = 0,64). Długości mikropali wynosiły od 15 do 24 m, a nośności od 800 do 1400 kN. Układ pali pokazano na rysunku.
Fot. 7 Podpory estakady drogi ekspresowej posadowionej na mikropalach
Z jeszcze trudniejszymi warunkami realizacji należało się zmierzyć w trakcie remontu i przebudowy kolejki na Kasprowy Wierch. Jest ona jedną z najstarszych linowych kolei górskich w Europie (fot. 8). Podczas remontu związanego ze zwiększeniem przepustowości kolejki konieczne było wzmocnienie i przebudowa fundamentów słupów w postaci stóp posadowionych bezpośrednio. Warunki lokalizacyjne wymusiły użycie kieszonkowego sprzętu oraz materiałów umożliwiających niemalże ręczne wniesienie na miejsce budowy. Szczególnie trudne było to przy podporach bliskich szczytu, gdzie podpora najbliższa Kasprowemu Wierchowi znajduje się na wysokości 1676 m n.p.m. Potrzebne materiały dostarczano tam starą kolejką. Zmiana wagoników na większe i zwiększenie prędkości przejazdu spowodowały użycie mikropali Titan do posadowienia starych i dobudowanych części fundamentów. Remont polegał na zakotwieniu każdej stopy do podłoża skalnego. Stopy zostały częściowo wyburzone po zewnętrznej stronie, a następnie dobetonowano oczepy łączące wszystkie cztery nogi. Na każdej z sześciu podpór kolejki wykonano od 16 do 24 mikropali o nośności ok. 300 kN. Wiercenie wykonywano niewielkim sprzętem, który dawał się ustawić na krawędzi urwiska.
Fot. 8 Słup kolejki linowej na Kasprowy Wierch. Widoczne wzmocnienia fundamentów na mikropalach samowiercących
Przykładem mikropali o bardzo dużej nośności może być fundament mostu kolejowego pokazany na fot. 9. Most budowany był na potrzeby kolei dużych prędkości. Obiekty takie charakteryzują się bardzo rygorystycznymi wymaganiami dotyczącymi dopuszczalnych osiadań i ich różnic. Specjalne zabiegi wykonawcze i sprzyjające warunki gruntowe pozwoliły wykonać mikropale o nośnościach przekraczających 4000 kN. Na fot. 10 pokazano rury nośne z opaskami do wielokrotnych iniekcji.
Fot. 9 Budowa mostu kolejowego posadowionego na mikropalach o nośności 4200 kN na Sekwanie
Fot. 10 Rury z opaskami do iniekcji wielokrotnej mikropali
mgr inż. Piotr Rychlewski
Instytut Badawczy Dróg i Mostów
Literatura
1. B. Kłosiński, Mikropale – stan techniki i projektowanie, materiały seminarium „Konstrukcje stalowe w geotechnice”, Warszawa, 18 listopada 2010 r.
2. J. Sierant, Mikropalowe posadowienie dużego obiektu mostowego na słabym podłożu, materiały konferencji „Podłoże i fundamenty budowli drogowych”, Kielce, 9 maja 2012 r.
