ANALIZA WPŁYWU INIEKCJI W GLINIE

2.1. Opis bazy danych „QSAnalyzer”

Stale rozwijana, modyfikowana i uzupełniana baza danych powstała, jako narzędzie niezbędne do przeprowadzenia szczegółowych analiz oraz łatwego przeglądania zgromadzonego materiału. W odróżnieniu od swojej wcześniejszej wersji [3], która korzystała z programów PalOs, NP89 oraz Pale2005, baza ta zawiera wbudowane procedury umożliwiające automatyczne, szybkie obliczanie, nośności pali, oporów gruntu oraz wyznaczanie teoretycznych krzywych osiadania pali. Narzędzie to zostało w całości napisane w nowoczesnym środowisku .NET, dzięki temu w łatwy sposób można je wykorzystywać do przeprowadzania wielokierunkowej analizy wpływu poszczególnych parametrów determinujących efekty iniekcji. Formularz podstawowy bazy przedstawiono na rysunku nr 1.

Rys .1. Formularz podstawy bazy „QSAnalyzer” z wyświetlonymi danymi pala nr 34/01/10.

2.2. Metoda analizy

W celu określenia wpływu iniekcji, według rozwiązania Katedry Geotechniki Politechniki Gdańskiej, na redukcję osiadania pali wierconych w glinie, porównano wartości osiadań teoretycznych, wyznaczonych dla pali bez iniekcji, do rzeczywistych osiadań pali z iniekcją. Na rysunku nr 2 przedstawiono porównanie krzywych osiadania w punktach obciążenia równych 0.5 i 0.9 nośności granicznej, wyznaczonej zgodnie z normą PN-83/B-02482 (Rys.2.), za pomocą bazy „QSAnalyzer”.

Rys.2. Przykładowe krzywe osiadania dla pali z iniekcją pod podstawą i bez iniekcji

Teoretyczne krzywe osiadania pali generowane są w bazie „QSAnalyzer”, przy wykorzystaniu funkcji transformacyjnych, określających zależność między obciążeniem i osiadaniem pobocznicy t-z oraz podstawy q-z (Rys.1). Postaci funkcji transformacyjnych przyjęto jak dla pali wierconych [1]. Wymagało to w pierwszym etapie wyznaczenia oporów gruntu wzdłuż pobocznicy oraz pod podstawami pali. W obliczeniach (w bazie) opory te wyznacza się zgodnie z [8], automatycznie, po wprowadzeniu profilu geotechnicznego wraz z parametrami wszystkich warstw gruntu.

Rys.3. Postaci funkcji transformacyjnych przyjętych do analizy

Aktualna wersja bazy danych, dla każdego analizowanego pala, przechowuje 3 wykresy osiadania (Rys. 4). Poza wspomnianymi, krzywą rzeczywistą (S) i teoretyczną (S0), odpowiadającą palom bez iniekcji, w bazie zapisane są również krzywe analityczne – będące wynikiem dopasowania krzywej teoretycznej do rzeczywistej (SX).

Rys. 4. Krzywe obciążenie-osiadanie, pal nr 19/01/15 (QSAnalyzer), D=1200mm, L=15m.

Dopasowanie to polega na iteracyjnym zwiększaniu wpółczynnika WX, określającego wpływ iniekcji na nośność podstawy pala (Rys.3), tak aby krzywa analityczna (SX) najlepiej przybliżała krzywą rzeczywistą, we wszystkich punktach obciążenia rzeczywistego.

Uzyskane w ten sposób wartości, po uśrednieniu dla poszczególnych warunków geotechnicznych, geometrii pali oraz parametrów iniekcji, będzie można przyjąć, jako wytyczne do projektowania pali wielkośrednicowych z iniekcją.

Należy zwrócić uwagę, że współczynnik WX uwzględnia również inne zjawiska występujące w procesie iniekcji, np. powiększenie podstawy, przenikanie iniekcji do podłoża gruntowego, dodatkowe składowe naprężenia w wyniku iniekcji, itd.

2.3. Wyniki analizy

Dzięki opisanemu porównaniu rzeczywistych krzywych osiadania (S) z teoretycznymi (S0), wyznaczonymi dla analogicznych pali bez iniekcji, można określić wpływ iniekcji na redukcję osiadania. Stworzone w bazie procedury umożliwiają szybką ocenę redukcji osiadania w dowolnym punkcie krzywej, dla każdego pala. W tablicy nr 1 przedstawiono redukcję osiadania pali wierconych w glinie, jako stosunek osiadania teoretycznego S0 do rzeczywistego S, dla obciążenia Q wynoszącego 50% i 90% nośności granicznej Ng (Rys.2).

Z tablicy tej wynika znaczący wpływ iniekcji na redukcję osiadania. Średnio trzykrotna redukcja dla 0.5Ng oraz blisko dziewięciokrotna dla 0.9Ng.

Ponadto wyznaczono współczynnik wpływu iniekcji na nośność podstawy pala WX.

Średnia wartość tego współczynnika dla analizowanej grupy wynosi 3.50, a minimalna 2.3.

Charakterystyczna wartość oporu gruntu pod podstawą wszystkich badanych pali, zgodnie z [8] wynosi qf=1510kPa. Nośność pala nr 19/01/07 wyznaczona, jak dla zwykłego pala wierconego wynosi N=3745kN, nośność podstawy Np=1708kN. Tymczasem, podczas próbnego obciążenia statycznego osiągnięto siłę wciskającą Qmax=3660kN (Smax=5.17mm), przy zachowaniu prostoliniowego przyrostu osiadania (podobnie, jak dla pozostałych pali).

W celu wyznaczenia nośności pala z iniekcją możemy w obliczeniach zwiększyć nośność jego podstawy o określony w trakcie analizy współczynnik WX.

Tablica 1. Redukcja osiadań badanych pali z iniekcją.

0.5*Ng 0.9*Ng

Nr Pala L Q S S0 S0/S Q S S0 S0/S

- [m] [kN] [mm] [mm] - [kN] [mm] [mm] -

19/01/07 15.0 1872 1.11 3.33 3.0 3370 4.30 37.02 8.6

19/01/15 15.0 1872 1.55 3.33 2.2 3370 5.90 37.02 6.3

19/02/06 15.0 1733 1.22 3.82 3.1 3120 4.45 38.41 8.6

19/02/09 15.0 1733 0.76 3.81 5.0 3120 4.99 38.81 7.8

19/04/18 20.0 2229 0.81 2.62 3.2 4013 2.65 32.87 12.4

19/05/31 20.0 2330 1.19 2.87 2.4 4194 3.57 31.90 8.9

19/08/17 15.0 1838 1.31 3.64 2.8 3309 4.45 37.41 8.4

min 2.2 min 6.3

średnia 3.1 średnia 8.7

W ten sposób uzyskujemy nośność pala z iniekcją Nwx oraz zależność Nwx/N, jako wpływ iniekcji na nośność pala. Wyniki tych obliczeń dla pozostałych pali przedstawiono w tablicy nr 2.

Tablica 2. Wzrost nośności badanych pali z iniekcją.

Nr Pala L Qmax Smax N WX Nwx Nwx/N

- [m] [kN] [mm] [kN] - [kN] -

19/01/07 15.0 3661 5.17 3745 3.2 7502 2.0

19/01/15 15.0 3881 9.07 3745 2.8 6819 1.8

19/02/06 15.0 3807 7.52 3404 3.2 7161 2.1

19/02/09 15.0 3884 18.75 3404 2.3 5824 1.7

19/04/18 20.0 4393 3.38 4459 4.8 10948 2.5

19/05/31 20.0 4247 3.66 4611 4.5 10588 2.3

19/08/17 15.0 4247 7.36 3727 3.7 8338 2.2

min 2.3 1.7

średnia 3.5 2.1

Na podstawie analizy ustalono średnio 2.1. krotny wzrost nośności pali wierconych w glinie z zastosowaniem iniekcji według rozwiązania Katedry Geotechniki Politechniki Gdańskiej, w stosunku do nośności pali wierconych oszacowanej zgodnie z PN-83/B-02482.

3. PODSUMOWANIE

W przypadku pali wierconych, posadowionych w glinie, iniekcja pod podstawą ma istotny wpływ na poprawę zależności obciążenie-osiadanie. Przedstawione wyniki nie stanowią jednak wytycznych do projektowania, ponieważ opierają się na stosunkowo niewielkiej liczbie pali, wykonanych pod jeden obiekt inżynierski. Świadczą jednocześnie bezsprzecznie o zaletach tej metody.

1. W badanej grupie pali, wykonanych w glinie, stwierdzono kilkukrotną redukcję osiadania, w zakresie obciążeń obliczeniowych. Średnia redukcja wynosi około 3.1 dla 0.5Ng oraz około 8.7 dla 0.9Ng.

2. Ustalono, także średni, ponad trzykrotny wzrost nośności podstawy badanych pali, w wyniku czego nośność pali wzrosła 2.1. krotnie.

3. Aktualnie prowadzone są analizy mające na celu oszacowanie rzeczywistego wpływu rodzaju i parametrów gruntu, geometrii pala i parametrów iniekcji na nośność oraz redukcję osiadania dla różnych wariantów posadowienia.

4. Stale rosnąca liczba zrealizowanych obiektów i próbnych obciążeń pali wielkośrednicowych z iniekcjami cementowymi według rozwiązania Katedry

Geotechniki Politechniki Gdańskiej, w połączeniu z wielokierunkową analizą oraz analityczną oceną krzywych osiadania, będzie stanowić podstawę do przedstawienia inżynierskich zaleceń projektowania tego rodzaju pali.

Piśmiennictwo

[1] Gwizdała K. „Analiza osiadań pali przy wykorzystaniu funkcji transformacyjnych”

Zeszyty Naukowe Politechniki Gdańskiej - Budownictwo Wodne, Nr 41, Gdańsk 1996.

[2] Gwizdała K. „Fundamenty palowe. Technologie i obliczenia”, PWN, Warszawa, 2010.

[3] Gwizdała K., Pinkowski A. „Wpływ iniekcji pod podstawą na osiadanie pali wierconych w piaskach”, Inżynieria i Budownictwo, r. 63, nr7-8, 2007.

[4] Jarominiak A., Trojnar K., Folta L.: ”Ocena skuteczności zastosowania pali z komorami iniekcyjnymi w podporach mostu autostradowego przez Wisłę koło Torunia”. Inżynieria i Budownictwo, nr 11/2000.

[5] Kłosiński B., Szymankiewicz Cz.: „Nośność pali wierconych z podstawami naprężanymi zastrzykami cementowymi.” Materiały XII Krajowej Konferencji Mechaniki Gruntów i Fundamentowania, Szczecin-Międzyzdroje, V.2000, s.329-343.

[6] Pinkowski A., Gwizdała K. „Analiza wpływu iniekcji pod podstawami pali wierconych.”

Zeszyty Naukowe Politechniki Białostockiej 2006. Budownictwo – Zeszyt 28, 2006.

[7] Tejchman A., Gwizdała K.: „Badanie nośności pali wielkośrednicowych pod pylonem mostu wantowego przez Martwą Wisłę w Gdańsku.” Inżynieria i Bud., nr 12/2000.

[8] PN-83/B-02482 „Nośność pali i fundamentów palowych".

[9] PN-EN 1536: 2001 „Wykonawstwo specjalnych robót geotechnicznych. Pale wiercone".

[10] EN 1997 (2004). Eurocode 7. Geotechnical design. Part 1. General rules.

[11] PN-EN 1997-1:2008 – Eurokod 7 – Projektowanie geotech.; część 1: Zasady ogólne.

IMPACT OF GROUT INJECTION UNDER THE BASES OF LARGE DIAMETER