Wiercenie w skałach

Osadzanie w skale to technika fundamentów głębokich, w której pręty wiertnicze, zazwyczaj duże średnice pali wierconych lub pali ciągłych świdrów (CFA), sięgają do warstw twardej skały, aby uzyskać dodatkową nośność, która nie może być osiągnięta jedynie przez osadzenie w gruntach nadkładowych. Metoda ta jest fundamentalna w inżynierii geotechnicznej, gdzie geologia podłoża obejmuje słabe lub kompresyjne warstwy gruntu leżące nad silniejszymi formacjami skalnymi. Technologia ta umożliwia inżynierom projektowanie fundamentów zdolnych do przenoszenia dużych obciążeń strukturalnych — takich jak te pochodzące z budynków wielokondygnacyjnych, mostów, infrastruktury krytycznej i obiektów przemysłowych — poprzez zakotwienie bezpośrednio w nośnej skale, a nie poleganie wyłącznie na tarciu skóry pala w marginalnych warunkach gruntowych. Osadzanie w skale stosuje się w różnych scenariuszach fundamentowych: przyczółki i filary mostów wymagające głębokiego osadzenia w skale, fundamenty budynków wysokich w obszarach miejskich z ograniczoną przestrzenią boczną, konstrukcje morskie i offshore narażone na dynamiczne obciążenia, obiekty jądrowe i inne instalacje krytyczne wymagające maksymalnej niezawodności nośności oraz kompleksy przemysłowe z ciężkimi obciążeniami maszyn. Jest szczególnie powszechne w środowiskach miejskich, gdzie płytkie fundamenty są niewykonalne oraz w regionach o złożonej stratygrafii z cienkimi warstwami nośnymi na głębokości. Proces operacyjny polega na wierceniu przez materiały nadkładowe za pomocą sprzętu wiertniczego rotacyjnego lub udarowego, aż do osiągnięcia docelowej głębokości skały, a następnie osadzaniu w samej formacji skalnej. Głębokość osadzenia wynosi zazwyczaj od 5 do 15 stóp (1,5–4,5 metra), chociaż może przekraczać tę wartość w przypadku zastosowań o dużym obciążeniu. Nośność pochodzi z końcowego podparcia na powierzchni skały w obrębie osadzenia oraz tarcia bocznego wzdłuż interfejsu pala i skały. Podejście projektowe opiera się na ustalonych metodologiach uwzględniających oznaczenie jakości skały (RQD), nieskrępowaną wytrzymałość na ściskanie, odstępy dyskontynuacji oraz orientację szczelin, aby oszacować nośność osadzenia przy użyciu współczynników redukcyjnych w odniesieniu do wytrzymałości nienaruszonej skały. Podstawowe kategorie sprzętu obejmują wiertnice rotacyjne o dużych średnicach (zazwyczaj 150–500 kW) wyposażone w udarowe lub wiertnicze wiadra do penetracji skały, systemy osłonowe stabilizujące otwór podczas wiercenia i wylewania betonu, specjalistyczne narzędzia świdrowe do instalacji ciągłych świdrów w skale oraz sprzęt do osuszania/wtrysku, aby zająć się przepuszczalnością masy skalnej i jakością połączenia. Konfiguracje wahają się od prostych projektów otwartych do osadzeń z osłoną i wylewką, przy czym wzmocnienie osadzenia zazwyczaj składa się z klatek zbrojeniowych sięgających pełnej głębokości osadzenia i wchodzących w nadłożoną sekcję pala. Kryteria wyboru obejmują rodzaj i wytrzymałość skały (kompetencja musi być weryfikowana poprzez odwierty rdzeniowe i analizy laboratoryjne), wymagane nośności pali i kombinacje przypadków obciążenia, dopuszczalne tolerancje osiadania, analiza kosztów w porównaniu do alternatywnych metod fundamentów głębokich (wiercenie kaissonów, pale wbijane, ściany szczelinowe), ograniczenia czasowe wiercenia narzucone przez harmonogram projektu oraz czynniki środowiskowe, takie jak limity wibracji i hałasu w środowiskach miejskich. Odpowiednie normy obejmują EN 1536 (Pale wiercone), EN ISO 14688 (Klasyfikacja gruntów), ASTM D2113 (Wiercenie rdzeniowe), DIN 1054 (Projektowanie geotechniczne) oraz API RP 2A-WSD dla zastosowań offshore. Projekt odnosi się również do ASCE 7 dla kombinacji obciążeń oraz wytycznych ICOLD dla obiektów krytycznych.