20 Geoinżynieria i Tunelowanie 02/2004 (02)

fundamenty palowefundamenty palowe fundamenty palowefundamenty palowe

21 Geoinżynieria i Tunelowanie 02/2004 (02)

Próbne obciążenia i badania ciągłości są nieodłącznym elemen-tem kształtowania i kontroli jakości fundamentów palowych i ścian szczelinowych. PMC Precision Monitoring & Control Ltd.

jest niezależną firmą, jedną z największych na świecie, specjalizującą się wyłącznie w szeroko rozumianych, profesjonalnych badaniach głębokich fundamentów. Firma działa od 1988 roku i pokrywa ponad 80% zapotrzebowania rynku Wielkiej Brytanii i Irlandii. W ubiegłym roku PMC Ltd. wykonała kompletne programy badań na ponad 1800 odrębnych budowach. PMC Polska Sp. z o.o. została utworzona jako polski oddział brytyjskiej firmy PMC Ltd. i oferuje pełny wachlarz ba-dań. Przytoczone w artykule metody są w dyspozycji projektantów, inspektorów nadzoru i kierowników budów. Program badań należy dobrać w taki sposób, aby możliwie najniższym kosztem zebrać niezbędne informacje o nośności i jakości fundamentów. Wieloletnie doświadczenie firmy PMC przekłada się bezpośrednio na wykorzy-stanie najbardziej ekonomicznych sposobów badań.

Próbne obciążenia statyczneBadania statyczne są uważane za najbardziej wiarygodną meto-

dę kontroli nośności pali fundamentowych. PMC wykonuje bada-nia statyczne w każdej możliwej konfiguracji: próbne obciążenia pionowe (wciskania i wyciągania), boczne, a także obciążenia pali ukośnych. Badania są wykonywane zgodnie z polskimi normami, bądź w oparciu o normy i specyfikacje zachodnie: ARUP, I.C.E. Badaniom są poddawane: pale wielkośrednicowe, pale CFA, pale wbijane, mikropale, kotwy gruntowe, kolumny żwirowe, ściany szczelinowe itp. Wykonujemy badania metodą stałych stopni ob-

ciążenia lub testy typu CRP: Constant Rate of Penetration. Dzięki zastosowaniu nowoczesnej aparatury możemy również wykonać testy cykliczne, np. w celu symulacji obciążeń taborem kolejo-wym lub samochodowym.

Sterowanie i rejestracja - PMC Ltd. jest pionierem w zastoso-waniu komputerowych urządzeń rejestrujących Data Logger, które wykorzystywane są do zdalnego pomiaru i utrzymywania zada-nego obciążenia (precyzyjne sterowanie układem hydraulicznym pompa-siłownik), jak również do rejestracji obciążeń, przemiesz-czeń, czasu i temperatury otoczenia. Zdalne sterowanie gwarantuje bezpieczeństwo podczas prowadzenia badań i zapobiega porusze-niu bazy pomiarowej: nikt nie zbliża się do głowicy pala w celu dokonania odczytów. W zależności od potrzeb, Data Logger może rejestrować wszystkie dane z częstotliwością nawet co kilkanaście sekund. Pomiar obciążenia odbywa się z użyciem wyposażonych w przegub kulisty, elektronicznych dynamometrów (Load Cells) umieszczanych pomiędzy siłownikiem, a konstrukcją obciążającą. Dynamometr główny jest kalibrowany co 12 miesięcy w Naro-dowym Laboratorium Fizyki w Londynie. Wszystkie pozostałe dynamometry są kalibrowane w oparciu o wskazania dynamo-metru głównego. Łączna nośność siłowników przekracza 460 MN (46000 ton). PMC Polska Sp. z o.o. dysponuje w kraju siłownikami o mocy od 2 MN (200 ton) do 15 MN (1500 ton), co zapewnia moż-liwość obsłużenia prawie wszystkich próbnych obciążeń. Każdy si-łownik jest wyposażony w dynamometr o odpowiedniej nośności. Przemieszczenie jest rejestrowane za pomocą połączonych z kom-puterem elektronicznych czujników liniowych o wysokiej precyzji. Konstrukcję obciążającą stanowi bądź ułożony na ruszcie balast, bądź układ belek mocowanych do pali kotwiących.

Próbne obciążenia statyczne z użyciem balastu - Z uwagi na duży koszt transportu i obsługi dźwigowej próbne obciążenia z użyciem balastu stosuje się wyłącznie w przypadku braku pali ko-twiących w sąsiedztwie pala obciążanego lub ich niewystarczającej nośności na wyciąganie. Balast jest także często stosowany w przy-padku badań strefy gruntu, np. w przypadku kolumn żwirowych.

Głównym elementem konstrukcyjnym do budowy stanowiska jest ruszt, na którym ustawiane są bloki żelbetonowe. PMC posiada kilka różnych systemów balastowych począwszy od 400 ton aż do 1000 ton. Bloki żelbetonowe ważą po 6 ton i są zaprojektowane i wykonane specjalnie do tego celu. System jest łatwy w budowie i ma zastosowanie w wielu konfiguracjach. Wszystkie elementy tego systemu są wzajemnie dopasowane i zaprojektowane w taki sposób, by zapewnić łatwy, możliwie najtańszy i przede wszyst-kim bezpieczny sposób przeprowadzenia badania.

Próbne obciążenia statyczne z użyciem pali kotwiących - PMC Ltd. jest autorem i producentem opatentowanego sytemu belek kapeluszowych Top Hat Beams. Belki w kształcie korby zapewniają doskonałą stateczność, a co za tym idzie bezpieczeń-stwo konstrukcji, jak również pomagają w osiowym obciążeniu pala. Do wykonania belek stosuje się stale wysokogatunkowe, stąd ich odkształcenia przy obciążeniu są zminimalizowane. Każ-da belka przed opuszczeniem zakładu produkcyjnego jest prób-nie obciążana. Elementem łączącym belki z palami kotwiącymi są pręty z gwintem DYWIDAG Prestressing Steel THREADBAR®, dzięki czemu na budowie nie stosuje się spawania, a ustawienie stanowiska zajmuje zaledwie do kilku godzin.

Próbne obciążenia i badania głębokich fundamentów

20 Geoinżynieria i Tunelowanie 02/2004 (02)

fundamenty palowefundamenty palowe fundamenty palowefundamenty palowe

21 Geoinżynieria i Tunelowanie 02/2004 (02)

Asortyment naszych belek zapewnia możliwość przeprowadze-nia próbnych obciążeń w zakresie od 200 kN do ponad 30 MN, z wykorzystaniem dwóch, trzech, czterech, sześciu lub ośmiu pali kotwiących rozmieszczonych wokół pala próbnie obciążanego. W odróżnieniu od konwencjonalnych metod, które wymagają dużego zaangażowania, ciężkiego transportu i obsługi dźwigowej, opracowany przez PMC samowznoszący system opatentowanych belek korbowych jest łatwy i szybki w montażu. System ten został opracowany na podstawie wieloletnich doświadczeń firmy PMC i zrewolucjonizował sposób przeprowadzania próbnych obciążeń.

Badania dynamiczneBadania dynamiczne są powszechnie stosowaną metodą oceny

nośności pali fundamentowych. Badanie jest stosunkowo nie-drogie i nie wymaga długiego czasu przygotowania. Obciążenie odbywa się poprzez uderzenie głowicy pala, bądź młotem pa-lownicy, bądź innym ciężarem (2-5% obciążenia) opuszczanym bezwładnie z wysokości 0,5 m - 3,0 m. Rejestracja fali uderzenio-wej przemieszczającej się wzdłuż pala następuje z użyciem przy-spieszeniomierzy i tensometrów zamontowanych na głowicy pala w odległości około dwóch średnic od poziomu uderzenia. Zmie-rzone przyspieszenia i naprężenia są przekazywane do rejestrato-ra — analizatora Pile Driving Analyzer®, model PAK amerykań-skiej firmy Pile Dynamics, Inc. Urządzenie to jest przystosowane do badania wszystkich rodzajów pali, tj. wbijanych (żelbetowych lub stalowych, w tym rurowych bez szwu, spawanych spiralnie, profili walcowanych, np. dwuteowych), drewnianych; wierco-nych i formowanych w gruncie, tj.: wielkośrednicowych, CFA itp. Pale wiercone wymagają zastosowania ośmiu czujników: czterech tensometrów i czterech przyspieszeniomierzy, zamontowanych parami w odległości kątowej 90°. Badanie można również prze-prowadzać na palach o zmiennej geometrii, np. z rozwierconą podstawą. Uzyskane dane charakteryzujące układ młot-pal-grunt są następnie wykorzystywane w programie CAPWAP dla zinter-pretowania nośności pala.

Analiza wyników powinna być przeprowadzona przez inżynie-ra posiadającego odpowiednią praktykę, szczególnie w badaniu pali w podobnych warunkach gruntowych. Specjaliści z PMC posiadają odpowiednie doskonałe przeszkolenie i wieloletnie doświadczenia zebrane na setkach budów.

STATNAMICSystem Statnamic, opracowany przez firmę Berminghammer

Foundation Equipment z Kanady we współpracy z holenderskim instytutem TNO Building and Construction Research, stosowany jest stosowany w krajach zachodnich z dużym powodzeniem, mimo iż jest jedną z nowszych metod kontroli nośności pali. Idea opiera się na wykorzystaniu bezwładności względnie małego balastu, wyrzuconego w kierunku przeciwnym do zamierzonego obciążenia pala. Siła jest wywoływana poprzez detonację niewiel-kiej ilości ładunku wybuchowego – prochu bezdymnego, bez-piecznego dla przechowywania i transportu. Balast opiera się na głowicy pala za pośrednictwem elektronicznego dynamometru, o bardzo krótkim czasie reakcji. Pomijając fakt, iż czas trwania ob-ciążenia mierzy się w milisekundach, badanie to nie posiada wielu cech wspólnych z badaniami dynamicznymi. Podobnie jak w ba-daniu statycznym rejestrowane są obciążenie i przemieszczenie głowicy pala, a nie naprężenia i przyspieszenia jak w przypadku badań dynamicznych. Kolejne odczyty są rejestrowane co 1.25 mi-lisekundy. Pomiar przemieszczenia odbywa się przy użyciu lasera zlokalizowanego w odległości min. 20 m od głowicy pala, tak aby wstrząs nie miał wpływu na odczyty.

PMC dysponuje dwoma systemami Statnamic: 3000 kN i 1000 kN. Oba systemy są wyposażone w hydrauliczny mechanizm za-

trzymujący wyrzucony balast w najdalszym położeniu. System 1000 kN jest samobieżny – zamontowany na podwoziu gąsieni-cowym, co zwiększa jego efektywność. W ciągu jednego dnia można wykonać nawet do 5-ciu badań, każde o kilku cyklach.

Wyniki badań są analizowane w oparciu o Unloading Point Method w celu eliminacji składnika nośności dynamicznej i wyru-gowania poszukiwanej nośności statycznej pala.

Fot. 2. Badanie sfery gruntu z użyciem balastu

Fot. 3. Montaż stanowiska z użyciem belek korbowych

Fot. 4. Belka korbowa – System 250

22 Geoinżynieria i Tunelowanie 02/2004 (02)

fundamenty palowefundamenty palowe

Badania ciągłości paliSonic Echo Integrity Testing - Badanie wykonywane jest przy

pomocy Pile Integrity Tester™ (PIT) amerykańskiej firmy Pile Dy-namics, Inc. Badanie to należy do grupy Low Strain i ma na celu kontrolę ciągłości pala, poprzez lekkie uderzenie młotkiem głowicy i wywołanie fali, przemieszczającej się wzdłuż trzonu pala. Przyło-żony do głowicy pala bardzo czuły przyśpieszeniomierz rejestruje powracające fale w funkcji czasu - tj. długości pala. W przypadku natrafienia na jakąkolwiek wyraźną zmianę, fala zostaje odbita i zarejestrowana wcześniej niż sygnał pochodzący z podstawy pala. Dzięki temu badaniu można szybko i skutecznie sprawdzić wszyst-kie pale na danej budowie, oceniając długość, znaczne przewęże-nia średnicy, pęknięcia, a nawet gwałtowne zmiany układu warstw geotechnicznych. Ewentualne zmiany wskazujące na występowa-nie problemu w konstrukcji pala są wykrywane i analizowane natychmiast. Badanie wymaga jedynie starannego przygotowania głowicy pala i umożliwienia do niej dostępu.

Cross-Hole Sonic Logging - Badanie wykorzystuje zjawisko roz-chodzenia się fal ultradźwiękowych w trzonie pala. Przeprowadzenie tego badania wymaga instalacji podczas betonowania pala, od jednej do kilku rur, w celu wprowadzenia dwóch sond: nadajnika i odbior-nika. Przy zastosowaniu 4 rur można uzyskać aż 6 profili pala.

Najnowsze oprogramowanie Pile Dynamics pozwala na stworze-nie trójwymiarowego obrazu trzonu pala: Tomography Imaging.

Aparatura kontrolno pomiarowa dla wiertnic i palownic

PMC Polska jako jedyny polski przedstawiciel amerykańskiej firmy Pile Dynamics, Inc., oferuje swoim klientom – wykonawcom głębokich fundamentów – systemy kontroli procesu formowania lub wbijania pali.

Saximetr jest podręcznym urządzeniem bezprzewodowo współpracującym z zamontowanym na palownicy głębokościo-mierzem. Urządzenie automatycznie i dokładnie rejestruje liczbę uderzeń młota w trakcie zagłębiania pali. Saximetr jest szczególnie dostosowany do współpracy z młotami dieslowskimi typu OED, ponieważ moduł rejestrujący jest urządzeniem akustycznym i nie jest potrzebne stosowanie dodatkowych urządzeń pomiarowych. Oszacowanie liczby uderzeń pozwala na określenie wysokości spadu i energii uderzenia młota. Zadaniem operatora, lub innego pracownika jest przyciśnięcie klawisza „Start”, a następnie obser-wowanie na ekranie, czy zadane kryteria zostały spełnione.

Opcjonalnie dostępnym osprzętem jest Angle Analyzer – urzą-dzenie do pomiaru katów nachylenia i szybkiego pionowania masztu. Zastosowanie tego urządzenia w znacznym stopniu przy-spiesza ustawienie palownicy przy każdym palu.

Pile Installation Recorder PIR-A jest stosowany przy wyko-nawstwie pali wierconych i formowanych świdrem ciągłym CFA. W fazie wiercenia rejestrowany jest moment obrotowy oraz pręd-kość zagłębiania świdra. W fazie betonowania kontroli podlega ilość tłoczonej mieszanki betonowej. Urządzenie bardzo pomaga operatorowi w prawidłowym uformowaniu (bez przewężeń) trzo-nu pala, przy racjonalnym zużyciu betonu.

Monitoring natężenia hałasu i wibracjiProces budowy przebiega niejednokrotnie w bezpośrednim

sąsiedztwie budynków eksploatowanych (zamieszkałych) lub wrażliwych na drgania konstrukcji.

Fot. 8. Cirrus Sound Monitor i Vibrock V801

W przypadku konieczności zastosowania kontroli wibracji i hałasu, PMC dysponuje urządzeniami: Cirrus Sound Monitor do rejestracji natężenia dźwięku i sejsmografem Vibrock V801 do re-jestracji poziomu wibracji w dowolnym miejscu i czasie.

PodsumowanieSpośród wielu metod kontroli należy wybrać i dostosować do

warunków gruntowych i technologii fundamentowania program badań. Kombinacja w/w metod prowadzi do zebrania wszystkich niezbędnych informacji przy najmniejszym koszcie. PMC zapewnia wszystkie składniki niezbędne do przeprowadzenia badań. Nasza usługa jest kompleksowa, tzn. obejmuje: doradztwo, projekt, dostarczenie elementów, budowę stanowisk, przeprowadzenie badania z użyciem najnowocześniejszych technik pomiarowych, analizę wyników, opracowanie i przedłożenie raportów. l

autor mgr inż. Ryszard RippelPMC Polska Sp. z o.o.

Fot. 5. Porównanie metod próbnych obciążeń

Fot. 6. Unloading point method

Fot. 7. Trójwymiarowy obraz pala otrzymany z 6-ciu profili

22 Geoinżynieria i Tunelowanie 02/2004 (02)

fundamenty palowefundamenty palowe