-
Nowoczesne Budownictwo Inynieryjne Maj Czerwiec 200880
Posadowienia fundamentw palowych realizowane s najczciej w
bardzo trudnych warunkach gruntowych. Obcienie prze-kazywane jest
na gbsze, none warstwy podoa gruntowego. Pale zagbiane s w grunty
uwarstwione o bardzo zrnicowanej wytrzymaoci i odksztacalnoci.
Rzeczywista ocena nonoci, a dokadniej zalenoci obci-enie
osiadanie w caym zakresie obcienia, a do wartoci granicznej, jest
bardzo trudna. Metody analityczne w tym przy-padku czsto nie
przynosz zadowalajcych efektw. We wsp-czesnych obliczeniach i
projektowaniu fundamentw palowych stosuje si rne oszacowania.
Podstawowe znaczenie maj badania terenowe na rzeczywistych palach,
zawsze stosowane jako weryfikacja oblicze.
Zgodnie z zaleceniami Eurokodu 7 [13] projektowanie fun-damentw
palowych powinno odbywa si przy wykorzystaniu jednego z nastpujcych
rozwiza:
na podstawie wynikw prbnych obcie statycznych,na podstawie
empirycznych lub analitycznych metod ob-liczeniowych, ktrych
wiarygodno zostaa potwierdzona przez prbne obcienia statyczne w
porwnywalnych wa-runkach,na podstawie wynikw pomiarw dynamicznych
oraz wzo-rw dynamicznych, gdy wiarygodno ich wykorzystania zostaa
potwierdzona przez prbne obcienia statyczne w porwnywalnych
warunkach,na podstawie obserwacji i pomiarw terenowych dla
po-rwnywalnych fundamentw palowych w porwnywalnych warunkach
gruntowych.
Najbardziej wiarygodne wyniki otrzymuje si na podstawie prbnych
obcie statycznych. Obecnie bardzo silnie rozwijane s rne rodzaje
bada dynamicznych, ktre posiadaj wiele zalet w stosunku do bada
statycznych.
Metody bada dynamicznych pocztkowo stosowano tylko dla pali
wbijanych. Obecnie s one powszechnie wykorzystywane na wiecie rwnie
dla pali wierconych. W artykule przedstawiono krtk charakterystyk
metod typu High-Strain oraz wybrane
przykady zastosowa bada dynamicznych nonoci pali wy-konanych w
kraju przez autorw.
Metody dynamicznego okrelania nonoci pali w porwnaniu do bada
statycznych eliminuj konieczno przygotowania konstrukcji kotwicych
lub balastowych oraz umoliwiaj prze-prowadzenie kilku bada nonoci
pali w cigu jednego dnia.
Metody dynamiczne mona uzna za rwnorzdne z badania-mi
statycznymi. Wiarygodno wartoci nonoci badanych pali potwierdza
szereg wykonanych na wiecie porwna wynikw uzyskanych z obu rodzajw
bada, np. [4, 5, 6, 7].
W wikszoci norm i wytycznych [13, 14, 15, 16, 17] zaleca si
wykona jako korelacyjne przynajmniej jedno badanie statyczne na 510
przeprowadzonych prb dynamicznych.
Najczciej stosowane obecnie metody bada dynamicznych podzieli
mona w nastpujcy sposb:
1. Wzory dynamiczne opracowane dla rnych technologii wbijania
pali oraz warunkw lokalnych.
2. Niskoodksztaceniowe (Low-Strain) do sprawdzania du-goci i
cigoci pali:
SIT (Sonic Integrity Testing), PIT (Pile Integrity Testing).3.
Wysokoodksztaceniowe (High-Strain) do sprawdzania
nonoci pali: DLT (Dynamic Load Testing), PDA (Pile Driving
Analysis).4. Wysokoodksztaceniowe kinetyczne (Kinetic
High-Strain)
do sprawdzania nonoci pali: STATNAMIC zastosowanie adunku
wybuchowego, DYNATEST obcienie tumione, ze spadajcym swobod-
nie ciarem.Wysokoodksztaceniowe badania dynamiczne polegaj
na
wykorzystaniu zjawiska rozchodzenia si fali napre w palu podczas
jego wbijania (test PDA), albo w przypadku pala wyko-nywanego w
gruncie po jego wykonaniu i uderzeniu w gowic motem kafara lub
innym ciarem prowadzonym w prowad-nicach (test DLT).
Badania dynamiczne nonoci paliKazimierz Gwizdaa, Tadeusz
Brzozowski
Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego
Politechniki Gdaskiej
BINBIBIBINNNNNNNN IIIIBNNNN IIIIBBGeotechnika
Rys. 1. Stanowiska do bada dynamicznych pali: a) badanie DLT,
pal wiercony 1500 mm, bijak o ciarze 92 kN, b) badanie DLT, pal CFA
600 mm, bijak o ciarze 23kN, b) badanie PDA, pal prefabrykowany 400
400 mm, mot Delmag o ciarze 30 kN
a) b) c)
-
Maj Czerwiec 2008 Nowoczesne Budownictwo Inynieryjne 81
Rejestracji propagacji fali wywoanej uderzeniem bijaka w go-wic
dokonuje si najczciej za pomoc czujnikw starannie przykrconych do
rodzimej (nienadbetonowanej), wyrwnanej powierzchni pala po
przeciwlegych stronach w odlegoci ok. 1,5 rednicy pala od wierzchu
gowicy. Przenony komputer wsp-pracujcy ze wzmacniaczem sygnaw
rejestruje, przetwarza i prezentuje dane. Wielkoci zarejestrowane
podczas uderzenia oraz charakterystyka podoa opracowana w oparciu o
rozpo-znane wczeniej warunki gruntowe umoliwiaj w rezultacie
opisanie modelu mot pal grunt, za pomoc ktrego okrela si nono pala
oraz ekwiwalentn do statycznej, zaleno obcienie osiadanie.
Szczegowy opis metod bada dynamicznych oraz podstaw
teoretycznych zaprezentowano m.in. w pracach [1, 5, 18].
Gwnym elementem konstrukcyjnym stanowiska DLT su-cym do
wywoywania fali napre podczas uderzania pala jest bijak (mot) o
ciarze minimum 12% nonoci pala, wykonany np. z jednolitej bryy
mocno zbrojonego betonu w osonie z rury stalowej oraz prowadnica
bijaka (rys. 1).
Bijak unoszony jest za pomoc wibromota lub dwigu za-pewniajcego
swobodne jego uwalnianie. Swobodne zwolnienie bijaka ma zapewni
jego bezwadne przemieszczanie si wzdu prowadnicy zamocowanej do
gowicy pala i uderzenie w gowic. Prowadnica zapewnia centryczne
uderzenie bijaka w pal.
1. Modele analityczne stosowane w interpretacji bada
dyna-micznych pali
Interpretacja wynikw bada odbywa si za pomoc progra-mw
numerycznych opracowanych na podstawie kilku rnych modeli mot pal
grunt (tab. 1).
Tab. 1 Metody interpretacji bada dynamicznych w zalenoci od
stosowanego modelu mot pal grunt
Metody bezporednie Metody porednie
CASE IMPEDANCE TNO Maximum TNO CAPWAP TNODLT
Badania wykorzystujce modele gruntu umoliwiajce okre-lenie
jedynie cakowitych oporw wystpujcych przy wbijaniu pala, nazywa si
metodami bezporednimi. Metody te polegaj na obliczeniu nonoci za
pomoc gotowych wzorw, do kt-rych podstawia si wybrane wartoci si i
prdkoci pomierzone w czasie bada. Do oblicze naley przyj rwnie
prdkoci rozprzestrzeniania si fali napre oraz wspczynniki tumie-nia
i sprystoci gruntu. Bdny dobr tych parametrw powo-duje uzyskanie
niepoprawnych wynikw. Najbardziej znanymi metodami bezporednimi s
metoda CASE opracowana w Case Institute of Technology [8] oraz
metoda TNO [7].
Pale w zoonych warunkach gruntowych powinny by anali-zowane
metodami porednimi (zwane rwnie rozszerzonymi), ktre umoliwiaj o
wiele lepsze odwzorowanie zarwno charak-terystyki mechanicznej
pala, jak i samego gruntu. Rozszerzone metody oceny nonoci pali za
pomoc modeli matematycznych i oblicze iteracyjnych zostay rozwinite
ju w latach 60. XX w. (metoda CAPWAP Case Pile Wave Analysis
Program [9]). Holenderska metoda rozszerzona zwana TNODLT
wykorzy-stywana do interpretacji bada przez autorw artykuu zostaa
wprowadzona do bada w latach 80. [1, 7].
W metodach porednich wykorzystuje si wykresy siy i prd-koci w
zalenoci od czasu, mierzone w gowicy badanego pala. Jednowymiarowa
teoria falowa pozwala na ocen oporu gruntu i obliczenie reakcji
pala na uderzenie mota. Rozprzestrzenianie si fali napre w palu i
przekazanie energii do gruntu oparte s na modelu numerycznym. W
opisie modelu opr gruntu dzieli si na statyczny i dynamiczny. Do
opisu statycznego oporu gruntu przyjmuje si model
sprysto-plastyczny natomiast opr dyna-miczny reprezentuje lepki
tumik. Opr pobocznicy modelowany jest w punktach dyskretnych wzdu
pobocznicy pala. Warunki pocztkowe modelu gruntu s przyjmowane na
podstawie bada terenowych (najlepiej sondowania statycznego
CPT).
Rys. 2. Przebieg generowania modelu oraz iteracyjnego
dopasowania sygnau
Obliczony z modelu przebieg siy w czasie moe by porwna-ny ze
zmierzonym w badaniu. Parametry gruntu (i pala) dostoso-wywane s w
kolejnych iteracjach a do najlepszego moliwego dopasowania pomidzy
krzywymi siy: obliczon i pomierzon. Na rysunku 2 przedstawiono
schemat generowania modelu mot pal grunt oraz iteracyjnego
dopasowania sygnau pomierzo-nego do obliczonego.
Jako rezultat przedstawionej procedury obliczony zostaje rozkad
oporw na pobocznicy i pod podstaw pala oraz krzyw obcienie
osiadanie w gowicy. Jest to zaleno ekwiwalen-tna do krzywej
obcienie osiadanie otrzymanej z obcienia statycznego.
Autorzy artykuu stosuj do bada DLT aparatur holender-skiej firmy
Profound (wasno Hydrobudowy SA Gdask) oraz metod poredni
TNODLT.
Naley podkreli, e w wielu krajach na wiecie opracowano ju normy,
projekty norm lub zalecenia dotyczce zasad sto-sowania metody
dynamicznej do okrelania nonoci pali [16, 17, 19]. W nowej wersji
polskiej normy palowej konieczne jest wprowadzenie dopuszczalnoci i
zasad stosowania tego typu bada w praktyce (zob. Eurokod 7 [13, 14,
15]). Warto doda, e obecnie na wiecie wprowadzono ju now
udoskonalon metod badania czc cechy obcienia statycznego i badania
dyna-micznego, znan pod nazw Statnamic. Jej opis w literaturze mona
znale m. in. w pracach [4, 19].
2. Przykady wykonanych bada dynamicznychPoniej zaprezentowano
przykady bada dynamicznych no-
noci pali wierconych dla dwch wybranych obiektw. Szerszy opis
wykonanych bada oraz wyniki porwnawcze prezento-wano m.in. na XIII
Krajowej Konferencji Mechaniki Gruntw i Fundamentowania [12].
2.1. Most na rzece Rurzyca w dolinie rzeki OdryPrzedstawiony
przykad ilustruje pierwsze samodzielnie zre-
alizowane przez Zesp badania dynamiczne. Most wykonany w ramach
modernizacji drogi krajowej zaprojektowano jako konstrukcj
jednoprzsow opart na dwch przyczkach posadowionych na palach
wierconych 1500 mm, o dugoci
-
Nowoczesne Budownictwo Inynieryjne Maj Czerwiec 200882
18,0 m. Pod kad z podpr zastosowano po 10 pali z iniekcj pod
podstawami wedug rozwizania Katedry Geotechniki Politech-niki
Gdaskiej (patent nr 188356, [11]). Obcienie obliczeniowe
przekazywane na pojedynczy pal wynosio Qr = 4070 kN.
Most zlokalizowany jest na rzece Rurzyca, dopywie rzeki Odry.
Pod warstw nasypw wystpuj grunty organiczne w po-staci torfw.
Grunty te zalegaj do gbokoci ok. 7 m p.p.t. Poniej do gbokoci ok.
10 m p.p.t. znajduj si piaski drobne pochodzenia aluwialnego od
lunych do rednio zagszczonych (ID = 0,210,41). Pod t warstw zalegaj
piaski rednie ze wi-rem w stanie od rednio zagszczonego do
zagszczonego (ID = 0,380,69). Podstawy pali zagbione s w piaskach o
stopniu zagszczenia ID = 0,69. Uoglniony profil geotechniczny
przed-stawiono na rysunku 3.
Jako pierwsze wykonano obcienie statyczne pala nr 3 (przy-czek
nr 1), nastpnie na tym samym palu przeprowadzono ba-danie
dynamiczne. Jako ostatnie wykonano badanie dynamiczne pala nr 18 na
przyczku prawobrzenym nr 2.
Wyniki bada pali w postaci krzywych obcienie osiadanie
przedstawiono na rysunku 4. Krzyw z badania dynamicznego dla pala
nr 3 wrysowano poniej krzywej z obcienia statycz-nego, traktujc prb
dynamiczn jako kontynuacj bada statycznych.
Rys. 3. Warunki geotechniczne, most na rzece Rurzyca
Porwnanie krzywych obcienie osiadanie, uzyskanych na podstawie
bada dynamicznych z krzyw z prbnego obcienia statycznego, wykazuje
generalnie dobr zgodno wynikw bada. Podkreli naley zgodno wartoci
osiada uzyska-nych z obu rodzajw bada dla obcie zblionych do
wartoci projektowych.
Przedstawiony przykad wskazuje na trudno interpretacji bada w
przypadku, gdy na jednym palu wykonywane s za-rwno badania
statyczne, jak i dynamiczne. Mimo do dobrej zgodnoci obu krzywych,
trudno jest jednoznacznie okreli dla jakiej wartoci osiada naley
rozpocz wykres kolejnego badania przeprowadzonego na tym samym
palu.
Majc na uwadze trudnoci z interpretacj wynikw bada
nonoci, obcienia statyczne i dynamiczne nie powinny by raczej
wykonywane na tym samym palu. Wymaga to przygo-towania dodatkowej
gowicy pala do prbnego obcienia, co oczywicie zwiksza koszty.
Jednak biorc pod uwag globalny koszt przygotowania badania
statycznego, nie ma to praktycznie znaczenia.
Naley zwrci uwag, e pale wybrane do bada korelacyj-nych powinny
by wykonane w moliwie zblionych warunkach gruntowych oraz
charakteryzowa si takimi samymi parame-trami geometrycznymi i
technologicznymi.
2.2. Wiadukty drogowe nad ul. Puawsk w PiasecznieDrugi z
prezentowanych przykadw dotyczy jednego z ostat-
nich obiektw, na ktrym Zesp wykona badania dynamiczne. Byy to
wiadukty drogowe wykonywane w ramach bezkoli-zyjnego skrzyowania
zlokalizowanego na granicy Warszawy i Piaseczna nad ul. Puawsk. Kad
z 12 podpr posadowiono na czterech palach wierconych 1500 mm o
dugoci od 8,0 do 10,0 m. W podstawach pali zastosowano iniekcj
cemen-tow wedug rozwizania Katedry Geotechniki Politechniki
Rys. 4. Krzywe obcienie osiadanie, most na rzece Rurzyca
Rys. 5. Warunki geotechniczne, wiadukty nad ul. Puawsk w
Piasecznie
-
Maj Czerwiec 2008 Nowoczesne Budownictwo Inynieryjne 83
Gdaskiej (jak w pkt 2.1). Obcienie obliczeniowe przekazy-wane na
pojedynczy pal wynosi w zalenoci od podpory Qr = 24502930 kN.
Bezporednio pod warstw gleby zalegaj twardoplastyczne gliny
piaszczyste o stopniu plastycznoci IL= 0,100,25, prze-warstwione
piaskami drobnymi i gliniastymi zrnicowanej miszoci. Spg gruntw
spoistych w zalenoci od rozpa-trywanej podpory znajduje si na
gbokoci od 5,0 m p.p.t do ok. 12,0 m p.p.t. Poniej gruntw spoistych
w caym prze-kroju wystpuj grunty niespoiste gwnie w postaci piaskw
drobnych w stanie zagszczonym o (ID = 0,80). Wikszo pali zakoczono
w twardoplastycznych glinach piaszczystych i dla takich pali
wykonane byy prezentowane badania. Uproszczony profil geotechniczny
wraz z wynikami bada sond wciskan CPT (opory qf oraz fs)
przedstawiono na rysunku 5.
Rys. 6. Krzywe obcienie osiadanie, wiadukty nad ul. Puawsk w
Piasecznie
Na rozpatrywanym obiekcie w pierwszej kolejnoci wykonano dwa
obcienia statyczne, a nastpnie 10 bada dynamicznych pali. Wyniki
bada pali w postaci krzywych obcienie osia-danie ilustruje rysunek
6.
Porwnanie krzywych obcienie osiadanie otrzymanych na podstawie
bada dynamicznych z krzywymi z prbnych obcie statycznych wykazuje
wiksz sztywno dla pali badanych dynamicznie, szczeglnie dla nonoci
granicznej. W zakresie obcie zblionych do wartoci projektowych
osia-dania dla wszystkich bada wynosz od 2 do ok. 5 mm. Rne
nachylenie krzywych z bada dynamicznych wynika gwnie z rnego
zagbienia pali w warstwie nonej. Dodatkowo dwie najbardziej paskie
krzywe otrzymano dla pali wykonanych w najlepszych warunkach
gruntowych. Jeden z tych pali zosta zakoczony na kamieniu.
3. PodsumowanieDue tempo robt budowlanych oraz realizacja prac
funda-
mentowych w bardzo trudnych warunkach gruntowych wymaga obecnie
zastosowania nowoczesnych, analitycznych metod obliczeniowych,
nowych technologii oraz szybkich, pewnych metod kontroli i odbioru
robt.
Badania dynamiczne pali s nowoczesnym sposobem oce-ny
rzeczywistej nonoci i osiada fundamentw palowych. Podstawow zalet
bada dynamicznych jest krtki czas ich realizacji. Bardzo wane, w
stosunku do prbnego obcienia statycznego, jest wyeliminowanie
koniecznoci montau urz-dze kotwicych lub (oraz) balastu, mniejszy
koszt jednostkowy caego badania. Zalety bada dynamicznych
uwidaczniaj si rwnie w przypadku, gdy warunki terenowe na budowie
utrud-niaj przeprowadzenie prbnego obcienia statycznego, np.
obiekty mostowe, kolejowe, pale w gbokich wykopach, pale pod
konstrukcje w budownictwie wodnym i morskim.
Zgodnie z Eurokodem 7 oraz dobrymi dowiadczeniami prak-tyki
inynierskiej badania dynamiczne (DLT) naley kalibrowa za pomoc
prbnego obcienia statycznego, przyjmujc je jako badanie korelacyjne
dla danego obszaru geotechnicznego.
Aktualnie podstawowe zagadnienie stanowi waciwa in-terpretacja
wynikw pomiarw dynamicznych i wiarygodne okrelenie zalenoci
obcienie osiadanie. Temu celowi suy m.in. program bada realizowany
przez Zesp Katedry Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego
Politechniki Gdaskiej. W odniesieniu do bada dynamicznych nonoci
pali wierconych, na podstawie ok. 150 bada terenowych, wykonano
wasne analizy wsteczne w celu okrelenia wspczynnikw tumienia dla
warunkw polskich.
W dotychczasowej praktyce inynierskiej analizy obcie
dynamicznych wykonano we wsppracy z Peterem Midden-dorpem (firma
Profound B.V z Holandii).
Materia badawczy oraz wasne analizy bd podstaw opra-cowania
metody interpretacji z moliwoci ich wykorzystania w zaczniku
krajowym do Eurokod 7.
Literatura Barends F.B.J.: Stress Wave Theory to Piles. Balkema.
4th
International Conference, Rotterdam 1993. Chiesura G..: Some
dynamic parameters of drilled piles
under low and high-energy tests. Geoengineering Roads Bridges
Tunnels 1998.
Geerling J., Smits M.Th.J.H.: Prediction of load displace-ments
characteristics of piles from the results of dynamic/kinetic load
test, 1992.
Gwizdaa K.: Projektowanie fundamentw na palach. WPPK, WisaUstro
2005.
Holeyman A.E.: Technology of pile dynamic testing. Balkema,
Rotterdam 1992.
KlingmllerO.: Dynamishe Pfahlprfung als Optimie-rungsproblem.
Insitut fr Grundbau und Bodenmecha-nik, TU Braunschweig, 1991.
Middendorp P., van Veele A.F.: Application of the
charac-teristic stress wave method in offshore practice.
Poceed-ings 3rd International Conference on Numerical Methods in
Offshore Piling, Nantes 1986.
Rausche F., Goble G.G.: Pile load test by impact driving,
1970.
Rausche F.: Dynamische Methoden zur Bestimmung der Tragfhigkeit
von Rammpfhlen. Baugrundtagung. Frankfurt/MainHchst 1974, s.
395409.
Rausche F., Goble G.G., Likins G.E.: Dynamic determina-tion of
pile capacity. J. Geot. Env. Div. ASCE 111, s. 367383, 1985.
Tejchman A., Gwizdaa K.: Zwikszanie nonoci pali wierconych.
XLVII Konferencja Naukowa KILiW PAN i KN PZITB Krynica 2001.
OpoleKrynica, 1621 wrze-nia 2001, t. 3, s. 299306.
Tejchman A., Gwizdaa K., Brzozowski T., Blockus M., Sa-bek A.:
Dynamiczne badania nonoci pali wierconych. XIII KKMGiF Gliwice
Szczyrk, 1113 czerwca 2003. Ze-szyty Naukowe Politechniki lskiej.
Budownictwo 2003, z. 97, s. 279294.
EN 1997 (2004) Eurocode 7. Geotechnical design. PN-EN 1536
Wykonawstwo specjalnych robt geotechnicz-
nych. Pale wiercone. PN-EN 12699 Wykonawstwo specjalnych robt
geotech-
nicznych. Pale przemieszczeniowe. ASTM, D494500 Standard Test
Method for High-Strain
Dynamic Testing of Piles. Recommendations by the Committee 2.1
of the DGGT
for the impact testing of piles. Dynamic Pile Load Test, (draft)
1997.
Foundation Pile Diagnostic System Users Guide. TNO Building and
Construction Research.
Testing of piles: rapid load testing. 6 November 2007 (draft
standard).
REFERAT ZOSTA OPUBLIKOWANY W KWARTALNIKU GRNICTWO I GEOINYNIERIA
2008, R. 32, Z. 2.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.14.
15.
16.
17.
18.
19.
