Fundament, czy może szerzej posadowienie, obiektu budowlanego jest jego kluczowym składnikiem. Jest to także bardzo często lekceważony element, chociaż może to przynieść katastrofalne skutki. Podczas inwestycji dąży się do oszczędności, a te łatwo poczynić w zakresie posadowienia, ponieważ po zakończeniu prac fundament jest niewidoczny dla użytkowników obiektu.
Błędy w zakresie posadowienia nie zawsze wynikają z chęci zaoszczędzenia. Podłoże gruntowe jest ośrodkiem złożonym. Podstawowe jego składniki to cząstki stałe, woda i powietrze. Różne rodzaje gruntów charakteryzują się innymi wielkościami cząstek, spoistością (lub jej brakiem), zawartością cząstek organicznych i co bardzo ważne właściwościami mechanicznymi.
Przeszłość geologiczna, na terytorium Polski, była bardzo burzliwa, ze względu na zlodowacenia i działalność lądolodu. Na budowę podłoża gruntowego mają wpływ też takie czynniki jak występowanie zbiorników wodnych lub działalność człowieka (różnego rodzaju nasypy). To wszystko sprawia, że przed zaprojektowaniem fundamentu powinno być wykonane rozpoznanie podłoża gruntowego i odpowiednie badania. Zakres badań zależy od rodzaju obiektu, co w przepisach jest ujęte jako kategorie geotechniczne.
Posadowienie
W zależności od wielkości obciążeń (rodzaju budynku) oraz warunków gruntowych, stosuje się trzy rodzaje posadowienia:
– bezpośrednie – takie w którym obciążenia są przekazywane na grunt przed podstawę fundamentu, zalicza się do nich ławy i stopy fundamentowe,
– głębokie – najpopularniejszym rozwiązaniem są obecnie pale fundamentowe, które przenoszą mogą przenosić obciążenie na grunt przy pomocy podstawy oraz pobocznicy, dawniej tego typu posadowienie nazywano pośrednim,
– pośrednie – są to różne rozwiązania pomiędzy fundamentem bezpośrednim i głębokim, obejmujące wzmocnienie podłoża gruntowego.
Jeżeli warunki gruntowe okazują się zbyt słabe dla posadowienia bezpośredniego, można rozważyć wzmocnienie podłoża, jako atrakcyjną alternatywę dla fundamentów głębokich.
Wzmocnienie
Mówiąc najbardziej ogólnie, wzmocnienie podłoża gruntowego polega na poprawieniu jego właściwości. W zależności od możliwości i potrzeb, wykorzystuje się wiele metod wzmacniania. Poniżej można znaleźć spis tych najbardziej popularnych, z krótkim ich opisem.
Wymiana gruntu
Najbardziej prosta metoda wzmocnienia. Polega na wybraniu z wykopu gruntu niespełniającego wymagań i zastąpienie go odpowiednim kruszywem. Jest to metoda żmudna i bardzo kosztowna, a potencjalnym problemem jest chociażby utylizacja wybranego gruntu. Metoda ta może być zastosowana, gdy w miejscu fundamentu występują lokalne obszary gruntów słabonośnych, mogą to być np. grunty organiczne (jak torf) lub stare nasypy niebudowlane.
Zagęszczanie lub dogęszczanie
Zagęszczanie polega na „wyciśnięciu” powietrza z podłoża gruntowego. Termin ten jest bardzo rozbudowany i obejmuje m. in.:
– Dogęszczenie powierzchniowe, które może być wykonywane przy użyciu walców oraz udarowe, polegające na zrzucaniu odważnika z wysokości. Zagęszczenie powierzchniowe w swojej najbardziej powszechnej formie, może być prostym zabiegiem, przygotowującym podłoże pod posadzkę (podłogę na gruncie).
– Wibroflotację, czyli technologię wgłębnego dogęszczania gruntu (nawet do głębokości kilkudziesięciu metrów). W podłoże wprowadza się specjalną głowicę, której drgania dogęszczają grunt rodzimy, a powstały krater wypełnia się kruszywem o dobrych właściwościach. Taka metoda była powszechnie stosowana w Niemczech, w przypadku starych wysypisk śmieci.
Konsolidacja
Konsolidacja gruntu to proces, w którym z podłoża „wyciska” się wodę i dochodzi do osiadania gruntu. Szybkość konsolidacji zależy od właściwości filtracyjnych i w przypadku gruntów niespoistych przebiega niemal natychmiastowo. Natomiast w przypadku gruntów organicznych np. torfu, taki proces może trwać nawet kilkadziesiąt lat i więcej.
Jeśli chodzi o grunty, które potencjalnie nadają się do posadowienia obiektu, można wywołać proces konsolidacji, a po stabilizacji osiadań przejść do właściwej budowy. Najprostszym sposobem jest wykonanie nasypu przeciążającego. Problemem jest jednak czas trwania procesu, aby go przyśpieszyć stosuje się różnego rodzaju dreny. Może to kilkukrotnie przyśpieszyć konsolidację.
Stabilizacja powierzchniowa
Jest to metoda powszechnie stosowana w drogownictwie. Ciekawym przypadkiem jest stabilizacja z użyciem spoiw. Grunt do niedużej głębokości jest mieszany z cementem (grunty niespoiste) lub wapnem (grunty spoiste). W wyniku tej operacji powstaje warstwa o podwyższonej wytrzymałości.
Kolumny wzmacniające
Istnieją różne odmiany kolumn wzmacniających. Pierwszym sposobem ich wykonania jest wibrowymiana. Można w ten sposób wykonać kolumny:
– żwirowe/tłuczniowe – czyli z użyciem kruszywa,
– scementowane – czyli z użyciem kruszywa i spoiwa,
– betonowe – które różnią się od pali fundamentowych brakiem zbrojenia konstrukcyjnego.
Drugim sposobem wykonywania kolumn, który jest bardzo efektywny, jest DSM – Deep Soil Mixing (Wgłębne Mieszanie Gruntu). W grunt wprowadza się mieszadło i zaczyn cementowy. Na skutek zmieszania powstają kolumny z cementogruntu. Wytrzymałość tego materiału nie jest zbyt wysoka, ale pozwala na posadowienie obiektu. Technologia umożliwia uzyskanie kolumn o wysokich średnicach, ale nie można jej stosować w gruntach organicznych, ze względu na występujące w nich kwasy humusowe. Znane są przypadki degradacji cementogruntu w agresywnym chemicznie środowisku.
Iniekcje gruntowe
Iniekcje polegają na wprowadzaniu do gruntu zaczynu, najczęściej cementowego, choć istnieją inne możliwości. Zaczyn jest wprowadzany pod ciśnieniem. Jest to technologia bardzo droga i stosowana głównie w celach naprawczych. Istnieje kilka odmian:
– Jet-grouting – najbardziej powszechna iniekcja ciśnieniowa, efektem tej procedury jest powstanie bardzo wytrzymałych kolumn, które są idealne do naprawy uszkodzonych fundamentów.
– Compaction grouting – jest to iniekcja rozpychająca, iniekt wprowadzany jest z mniejszym ciśnieniem, a technologię stosuje się głównie w celu wyrównania osiadań gruntu.
– Compensation grouting – jest to iniekcja rozrywająca – bardzo droga technologia, stosowana przy korekcji nierównomiernych osiadań i pionowości budynków. W grunt wprowadza się iniekt pod bardzo dużym ciśnieniem, zaczyn rozrywa strukturę gruntu i wzmacnia go.
Podsumowanie
Wzmocnienie gruntu to zbiór technologii, które umożliwiają posadowienie obiektu budowlanego na słabym podłożu. Stanowią rozwiązanie pośrednie pomiędzy fundamentami głębokimi (głównie pale) i bezpośrednimi (ławy i stopy). Artykuł stanowi jedynie wycinek wiedzy na ten temat, jednak wymienione są w nim wszystkie powszechnie stosowane metody.
