Töltésalapozások technológiája és tervezése

Átírás

1 Töltésalapozások technológiája és tervezése 1

2 Töltésépítési veszélyek, nehézségek Talajmechanikai problémák Állékonyságvesztés Süllyedés Technológiai problémák A felszín lecsapolása Felszín letermelése Munkagépek mozgatása 2

3 Rotációs mozgás Talajmechanikai problémák Töltés Süllyedés Puha altalaj Nagymértékő, egyenlıtlen és idıben elhúzódó süllyedés az altalaj összenyomódása miatt 3

4 Alaptörés vizsgálata A három legismertebb módszer : csúszólapos határegyensúlyi vizsgálatok képlékenységtani számításokon alapuló eljárások véges-elemes módszerek 4

5 Alaptörés vizsgálata csúszólapos határegyensúlyi vizsgálatok rézsőállékonsági probléma módszer függ a csúszólap alakjától lamellás módszer 5

6 Alaptörés vizsgálata képlékenységtani számításokon alapuló eljárások síkalapozási probléma q t =N c c, teljesen képlékeny állapotban φ u =0 esetén N c =2+π H q t =5 c u csúszólap c u σ = H ρ g < 5 c u 6

7 Alaptörés vizsgálata a véges-elemes módszerek nagy méretek altalaj mőszaki tulajdonságai különösen bonyolultak a töltés egészének viselkedése a töltés süllyedésének az erısítés tulajdonságaira gyakorolt hatása 7

8 Szétcsúszás A lejtıs terepen való lecsúszás, illetve a felszínen vagy közvetlenül alatta kialakuló csúszólapon való szétcsúszás akár a blokkos, akár az e mechanizmusokra kidolgozott lamellás eljárásokkal vizsgálható. S i K i E P G E a N Q i G E P L Q i ϕ i K Q=(N;S i =N.tgϕ i ) K=c i.l E a 8

9 Szétcsúszás közelítı eljárás E a H T L E a = 0,5 H 2 K a ρ g < T = c u L 9

10 Kitolódás képlékenységtani megoldás 10

11 Süllyedés 11

12 süllyedési jelleggörbék 12

13 azonnali süllyedés (telítetlen talajok) konszolidációs süllyedés Süllyedés a másodlagos összenyomódásokból származó süllyedés konszolidáció t (min) 1,5 2 0, h o t50 s = h á ρ g E s h o 2,5 h 50 t100 3 h elsıdleges konszolidáció h (mm) 3,5 4 13

14 Süllyedések idıbeli alakulása A konszolidáció Terzaghi szerint számítható : többnyire elegendı a legnagyobb összenyomódásokat szenvedı rétegek konszolidációját elemezni a feszültségek, illetve az alakváltozások mélységbeli változásait figyelmen kívül lehet hagyni általában megengedhetı egydimenziós (függıleges) konszolidációval (összenyomódással és vízáramlással) számolni a számításokban a talajokat kísérletileg meghatározott, egy rétegen és a terhelési tartományon belül állandó értékő konszolidációs tényezıvel lehet jellemezni az építés idıtartamát, a teherfelhordás elhúzódását elsı közelítésben nem kell figyelembe venni 14

15 Lineáris tehernövekedés figyelembe vétele - Schiffman 5 s (cm) teher t é τ=c v /H 2 t é hónap

16 Az elméleti konszolidációs görbe konszolidációs fok κ % ,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 idıtényezı T κ = h h( t) ( t = ) T = k E ρ v s g 1 H 2 t = c v 1 H 2 t 16

17 A másodlagos összenyomódás (kúszás) törvénye ε z = ε z0 + C α.ln t t 0 C α a kúszási index, t valamely kiválasztott idıpont, amelyre vonatkozóan a kúszás hatását számítani kívánjuk, t 0 a kezdeti idıpont, mely célszerően a töltésépítés vége lehet. 17

18 Balaton - peat time t óra strain ε % probe / stress in kpa 1/25 1/100 2/25 2/100 3/25 3/100 4/25 4/ day 1 week 1 month 2 month 18

19 Töltésalapozási eljárások irányelvei 19

20 Töltésépítés kedvezıtlen altalajon A feladat kikerülése Építésszervezési megoldások Szerkezeti megoldások Elızetes talajjavítások 20

21 Töltésépítés kedvezıtlen altalajon A feladat kikerülése helyszínrajzi elkerülés talajcsere (teljes, részleges) kiemelés hídra 21

22 Töltésépítés kedvezıtlen altalajon Építésszervezési megoldások legegyszerőbb és legkisebb többletköltségeket igénylı megoldását lépcsıs építés többlettöltés (elıterhelés) 22

23 Lépcsıs építés töltésmagasság m ,0 2,0 biztonság 20 1, idı hónap süllyedés cm drénezetlen nyírószilárdság kpa nagy az alaptörés veszélye, bıséges építési idı 23

24 Többlettöltés töltésmagasság m idı hónap süllyedés cm Alkalmazás : a süllyedés lezajlását kell gyorsítani, nincs talajtörési veszély 24

25 jellemzık talaj w E s τ u % MN/m 2 KN/m 2 tızeg , agyagos tızeg 125 2,5 alaptöréssel szembeni biztonság : n (5 c u )/(h γ) 90/80 1,1 számított süllyedés : s max 50 cm Tızeges altalaj az M7 autó- pályán 4 m 2-3 m tızeg 25

26 Süllyedésmérési eredmények süllyedés (cm) töltés (m) M7 autópálya kmsz.-ben töltés-süllyedés bal váll tengely jobb váll töltés túltöltés 0,45 m idı

27 Töltésalapozás végeselemes modellezése Plaxis V8 programmal lépcsıs építés modellezése építési fázisok utáni állékonyság meghatározása építési fázisok utáni süllyedések meghatározzuk konszolidációs idık közbeiktatása geomőanyagok figyelembevétele többféle anyagmodell alkalmazása 27

28 Függıleges irányú elmozdulások végállapotban M7 autópálya U [m] 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Idı süllyedés görbe lépcsıs építés Mohr-Coloumb 11 építési fázis s max =54 cm teherfelvitel konszolidációs idık túltöltés hatása 0, Time [day] 28

29 Töltésépítés kedvezıtlen altalajon Szerkezeti megoldások töltésmagasság optimalizálás laposabb töltésrézső (nyomópadka) töltéssúly csökkentése geomőanyagok alkalmazása 29

30 A töltésmagasság optimalizálása gyenge altalajon való építés esetében 3 4 m magas töltés a talajtörés veszélye és a várható süllyedés még viszonylag kicsi a jármővek dinamikus hatásai már nem hatnak a gyenge altalajra ki tud alakulni megfelelı átboltozódás a különösen (10 15 m) magas töltéseket kerülni kell A rézsőhajlás csökkentése a talajtöréssel szembeni biztonságot növeli a süllyedések alakulását gyakorlatilag nem befolyásolja közbensı padka A töltéstömeg csökkentése a talajtörési és süllyedési gondokat egyaránt csökkenti könnyő töltésanyagok (kohósalakok, pernyék, habszerő anyagok, üres győrők) 30

31 Tipikus geohab-töltés 31

32 geomőanyagok alkalmazása talajtörés és szétcsúszás elleni védelem az általuk felvett húzóerı akadályozza a töltéstest elmozdulását a süllyedéseket nem befolyásolják 32

33 Tervezés ki kell mutatni, hogy a geomőanyagok ezeket az erıket szilárdságuk révén húzott elemként tartósan fel tudják venni, a geomőanyag fölött elmozduló töltéstömegrıl az azzal érintkezı szakaszon át tudják venni, a vizsgált csúszólap mögötti talajzónára át tudják adni. 33

34 Alaptörés vizsgálata L 1 L 2 S t ϕ G t H N t T δ a u G a β c u N a K a L 1 c u M(T) O > ΣM(G) O [M(K a ) O + M(S t ) O ] T < H (L 2-0,5 H ctgβ) ρ g tgδ T < H ρ g L 1 tgδ + a u L 1 34

35 Szétcsúszás vizsgálata H ϕ E a G δ L 1 L 2 a u T N K c u T > 0,5 H 2 ρ g tg 2 (45-ϕ/2) - L 2 c u T < 0,5 H ρ g L 2 tgδ T < H ρ g L 1 tgδ + a u L 1 35

36 36

37 Geocellák töltésalapozáshoz 37

38 A puha altalaj plasztikus deformációit tanulmányozzák e csúszólapmezı segítségével és kiszámítják a törıfeszültségét. Ezután ennek a parciális tényezıvel csökkentett értékét és a takarási nyomást vetik egybe az egyensúlyi feltételek teljesítése végett 38

39 Töltésépítés kedvezıtlen altalajon Elızetes talajjavítások - talajcsere - függıleges drénezés - mélytömörítés, dinamikus konszolidációval - kavicscölöpözés - dinamikus kezeléssel készült kıtömzsök - betoncölöpözés 39

40 Akkor alkalmazható, ha : Talajcsere a cserélendı talaj vastagsága és mennyisége a töltés méreteihez képest nem nagy, megfelelı durva szemcséjő, tömörítés nélkül is jó teherbírású talaj áll rendelkezésre, a földkiemelés megbízhatóan és ellenırizhetıen végrehajtható, a cseretalaj kellı tömörséggel beépíthetı, a kiemelt föld elhelyezése megoldható. 40

41 Függıleges szalagdrén t ö l t é s agyag talaj szemcsés talaj 41

42 Függıleges drénezés A konszolidáció gyorsítását szolgálja, s ezzel a talajtörés elleni biztonságot is növeli. Különösen akkor célszerő tervezni, ha elsısorban a konszolidáció elhúzódása és nem a süllyedések nagysága, illetve a teherbírás a kritikus, a konszolidálódó réteg vastag és/vagy mélyen van, a kritikus réteg kis áteresztıképességő kövér agyag, a mechanikai jellemzıket javító megoldások szükségtelenek vagy nehezen valósíthatók meg 42

43 Függıleges drének lemélyítése célgéppel m magas vezetıszerkezet excavátorra erısítve acélcsı : szállítja a drént az altalajba mélység=acélcsı hossz kihorgonyzás saruval 43

44 mőanyag geoszalagdrének (bíztosítják a vízelvezetést, a mechaniakai ellenálást) 50 cm vastag szívárgó paplan 44

45 Függıleges drénezés (vákumrásegítéssel) 45

46 Talajjavítás mélytömörítéssel 46

47 Az altalaj nagyobb vastagságban tömöríthetı mélyvibrálással dinamikus konszolidációval (a felszín döngölésével) A mélyvibrálás altalajba lehajtott speciális szárnyas vibrátor vagy más célszerően kialakított fémelemek vibrációs lehajtása az elérhetı legnagyobb mélység kb. 20 m, 3,0 m-nél kisebb mélység esetén nem célszerő A dinamikus konszolidáció 8 20 tonnás tömegek m magasságból való ejtegetése a hatásmélység nagyban függ a talajtól és ejtési energiától, kb m tételezhetı fel. laza szemcsés talajok esetén tervezhetık (kötött talajokban kavicscölöpök vagy kıtömzsök állíthatók elı) A mélytömörítéssel csökkenthetı a talajtörés veszélye és a süllyedés 47

48 Mélyvibráció 48

49 Dinamikus konszolidáció 49

50 Kavicscölöpözés Az altalaj komplex javítási módszere, mert készítésük, illetve a kész kavicscölöpök így talajtömörítésként részleges talajcsereként függıleges drénként is mőködnek, csökkentik a süllyedések mértékét, növelik a talajtöréssel szembeni biztonságot, gyorsítják a konszolidációt. 50

51 51

52 52

53 Dinamikus talajcsere a kıtömzsök révén részleges talajcsere jön létre, függıleges drénezést nyerünk, a környezı talaj mechanikai tulajdonságai feljavulnak. E szerkezet, illetve technológia csökkenti a süllyedéseket, növeli a talajtöréssel szembeni biztonságot gyorsítja a konszolidációt. 53

54 Soil CONS 54

55 55

56 Betoncölöpözés 56

57 57

58 Tervezési kérdések 58

59 Radiális és vertikális konszolidáció 1 1-U=(1-U = cv t v ) (1-U r ) 1 Tr = cr t H 2 N=D/d D 59 Tv 2

60 A kavicscölöp süllyedéscsökkentı hatása 60

61 Függıleges irányú elmozdulások a töltésépítést követıen Zalavasút U [m] 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 Idı süllyedés görbe kavicscölöp építés Mohr-Coloumb 6 építési fázis s max =9 cm teherfelvitel konszolidációs idık 0, Time [day] 61

62 A módszerválasztás szempontjai a talajmechanikai problémák kiküszöbölésére Lépcsıs építés - ha a talajtörés a fı veszély, viszont van idı a konszolidációra Túltöltés - ha a lassú konszolidáció a fı gond, viszont nincs talajtörési veszély Szalagdrénezés - ha vastag a puha réteg, kevés az idı, viszont nem nagy a süllyedés és az alaptörés veszélye Kıtömzsök készítése döngöléssel - ha nagy az alaptörési veszély és a süllyedés, kevés az idı, viszont nem túlzottan vastag a puha talaj Kavicscölöpözés - ha vastag és esetleg fedett a gyenge réteg, a süllyedés és az idı is kritikus, viszont kicsi a kezelendı felület Betoncölöpözés - ha nagyon kicsi lehet a süllyedéskülönbség, és semmi idı sincs, viszont nem nagy a terület Geomőanyagos talajerısítés - ha a szétcsúszás és az alaptörés a fı veszély, viszont a süllyedés nagysága és elhúzódása kevésbé 62

63 HELYSZÍNI MÉRÉSEK ÉPÍTÉS ALATT ÉS S UTÁN 63

64 A töltésalapozási módszerek mindegyike megköveteli, hogy helyszíni mérésekkel ellenırizzük a tervezett építést, a talaj feltételezett javulását. módszerek : a konszolidáció folyamatát süllyedésméréssel lehet a legegyszerőbben ellenırizni, teherfelhordások alatti talajtörés elkerüléséhez a pórusvíznyomások mérése célszerő, ami a konszolidáció lezajlásáról is tájékoztat, a szilárdságnövekedésrıl (esetleg) szondázással lehet képet kapni. 64

65 65

66 Süllyedésmérés 66

67 Építés közbeni süllyedések M7 autópálya kmsz. töltés-süllyedés mérés süllyedés (cm) töltés (m) 10,0 0,0-10,0-20,0-30,0-40,0-50,0 1 mérés ( ) 2 mérés ( ) tervezett töltés 3 mérés ( ) 4 mérés ( ) 5 mérés ( ) 6 mérés ( ) 7 mérés ( ) túltöltés (0,90 m) 8 mérés ( ) 9 mérés ( ) 10 mérés ( ) -60, A pont távolsága a mérıhelytıl (m) 11 mérés ( ) 67

68 Süllyedésmérési eredmények M7 autópálya kmsz. töltés-süllyedés 10 töltésmagasság H m A pont távolsága a mérıphelytıl L m süllyedés s cm

69 Süllyedésmérési eredmények Zalacséb-Salomvár vasútv kmsz.-ben töltés-süllyedés 4 abszolút süllyedés (cm) töltés (m) töltés bal váll tengely jobb váll idı 69

70 Kezdeti süllyedések 12 hónap s (cm) 6 4 mért adat becsült

71 A konszolidáció elırejelzése idı év hónap nap mért adatok 160 késıbbi mérések süllyedés mm új terhelés helyes értelmezés jó elırejelzés Polinom. téves értelmezés ( téves) Polinom. rossz elırejelzés (ros)

72 Elırejelzés konszolidáció elırejelzés - Varga t (nap) s o 80 α 0 t mért adatok kezdı érintı 100 vég érintı s s (mm) D=tgα 0 /tgα v B=lnD/ t s max =s 0 + s D/(D-1) s ú = s e -B t α v a görbeszakasz idô- és süllyedésnövekményébôl, valamint a kezdô és végérintô hajlásából számítja a keresett paramétereket 72

73 Elırejelzés konszolidáció elırejelzés - Szepesházi t (nap) s o 80 t=145 s 1 mért adatok 100 s (mm) 120 C= s 1 / s 2 B=lnC/ t s max =s 0 + s 1 C/(C-1) s 3 = s 2 e -B t t=145 s a végérintôk hajlása helyett a vizsgált szakaszt megfelezve az így kiadódó idônövekményhez tartozó két süllyedésnövekményt olvassuk le 73

74 konszolidáció elırejelzés - Asaoka t (nap) s 1 több azonos hosszúságú idôközt vesz fel, s az egyes osztópontokhoz tartozó süllyedéseket olvassa le 80 s 2 mért adatok 100 s 3 s 4 s s 6 s 7 s (mm) s max 120 E=tgε B=lnE/ t s i =s i-1 +E(s i-1 -s i ) si (mm) 100 ε mért adatok 45 egyenes kiegyenlítı vonal 80 Elırejelzés s i-1 (mm) 74

75 Elırejelzés 2 hiperbólikus s-t függvény t (nap) t/s (nap/mm) 3 4 δ tgδ=b s=t/(a+b t) t/s=a+b t s max =1/b mért adatok lineáris t/s 5 75

76 Térbeli változás 76