Posadowienie nasypów komunikacyjnych na palach

Stateczność wewnętrzna nasypu

Zbrojenie powinno przeciwdziałać sile poziomej dążącej do „spływania” skarpy nasypu. Wypadkowa sił poziomych w nasypie może najwyżej wywoływać dopuszczalne boczne przemieszczenia pala, co eliminuje konieczność stosowania pali ukośnych. Pale należy zaprojektować tak, by były odporne na obciążenie boczne odpowiadające 10% T_d pomnożonemu przez podłużny rozstaw pali [1] (rys. 7):

gdzie:
T_d — wypadkowa sił poziomych,
K_a — współczynnik parcia czynnego.

ƒ_γ — częściowy współczynnik ciężaru gruntu,
ƒ_γ = 1,3 — stan graniczny nośności,
ƒ_γ = 1,0 — stan graniczny użytkowalności,
ƒ_q — częściowy współczynnik zewnętrznego obciążenia nasypu,
ƒ_q = 1,3 — stan graniczny nośności,
ƒ_q = 1,0 — stan graniczny użytkowalności.

Ogólna stateczność nasypu

Ogólna stateczność nasypu na palach może być analizowana konwencjonalnymi metodami (np. typową metodą minimalnego współczynnika stateczności na obrót po cylindrycznej powierzchni poślizgu), ale należy zmodyfikować metody, uwzględniając obecność pali i zbrojenia podstawy. Analiza może być przeprowadzona przy użyciu parametrów efektywnych, biorąc pod uwagę ciśnienie wody w porach, jednak analiza stateczności krótkoterminowej powinna zakładać warunki bez drenażu.

Aby zapewnić stateczność, musi być spełniona następująca zależność:

gdzie:
M_o — moment obracający,
M_uγ — moment utrzymujący pochodzący od oporu na ścinanie gruntu,
M_up — moment utrzymujący uwzględniający wpływ pali,
M_ur — moment utrzymujący uwzględniający wpływ zbrojenia.

Nadmierne naprężenia i odkształcenia w zbrojeniu

Maksymalne dopuszczalne odkształcenie zbrojenia powinno być ograniczone, aby na powierzchni nasypu nie doszło do nierównomiernych odkształceń. Maksymalne ugięcie zbrojenia geosyntetycznego powinno być ograniczone do 300 mm, można je określić na podstawie poniższej formuły [1]:

gdzie:
y — ugięcie zbrojenia z geosyntetyków,
ε — odkształcenie zbrojenia.

Długotrwałe naprężenie zbrojenia (wywołane pełzaniem) powinno być ograniczone do minimum, dopuszcza się maksymalne odkształcenie pełzania wynoszące 2% w całym okresie użyteczności zbrojenia [1].

Osiadanie

Posadowienie nasypu na palach powinno być tak zaprojektowane, by nie dochodziło do nadmiernych osiadań. Wzajemny wpływ pali w grupie powoduje, że na skutek przenikania i nakładania się stref naprężeń oraz pól przemieszczeń odkształcenie podłoża gruntowego wokół grupy palowej jest znacznie większe niż pala pojedynczego. Prowadzi to do zwiększenia osiadania grupy pali w porównaniu z palem pojedynczym [2].

Ocena przemieszczeń pali jest trudna i skomplikowana. Tak jak w przypadku nośności można szacować osiadania pali pojedynczych i grupy pali. Do metod oceny przemieszczeń pali pojedynczych należą przede wszystkim [2]:

• metody oparte na zależnościach i korelacjach;
• wykorzystujące rozwiązania teorii sprężystości;
• bazujące na wynikach badań in situ z sondowań, badań presjometrem i dylatometrem;
• implementujące metody numeryczne (MES, MEB).

Obliczając osiadanie grupy pali, można opierać się na metodach [2]:

• empirycznych, gdzie osiadanie pojedynczego pala koryguje się współczynnikiem osiadania wyznaczonym z badań modelowych lub terenowych;
• fundamentu zastępczego – fundament palowy (grunt i pale) zastępuje się fundamentem bezpośrednim, przyjmując poziom jego posadowienia na głębokości 2/3 długości pali lub równy długości pali, jeżeli grunt poniżej jest bardzo odkształcalny;
• implementujące metody numeryczne, podobnie jak przy osiadaniu pala pojedynczego.

Podsumowanie

Stosowanie pod nasypami konstrukcji specjalnych w postaci pali ma długą historię. Aby zapewnić równomierne przekazanie obciążenia, uniemożliwić utratę nośności, nierównomierne osiadania korony skutkujące jej odkształceniami, stosowano wzmocnienie pod nasypem. Kiedyś używano żelbetowej płyty, teraz najczęściej geosyntetyków. Przedstawiony materiał nie wyczerpuje tematyki artykułu. W literaturze [1, 3, 4] czytelnik znajdzie szczegółowe instrukcje sprawdzania warunków nośności i użytkowalności dla geosyntetyku, a w pozycji piśmiennictwa [2], eurokodach i polskich normach wytyczne i wzory dla wyznaczania nośności czy osiadania fundamentu palowego.

Piśmiennictwo

1. BS 8006-1:2010 Code of practice for strengthened/reinforced soils and other fills.
2. Gwizdała K.: Fundamenty palowe. PWN, Warszawa 2011.
3. Gangakhedkar R.: Geosynthetic reinforced pile supported embankments. University of Florida, 2004.
4. Zhang C., Zhao M., Zhou S., Zeyu X.: A Theoretical Solution for Pile-Supported Embankment with a Conical Pile-Head. „Appl. Sci.”, 2019, 9, 2658.

Galeria

Zobacz więcej