Töltésépítési veszélyek, nehézségek

Átírás

1 Töltésalapozás I.

2 Töltésépítési veszélyek, nehézségek 2 Technológiai Talajmechanikai problémák problémák A felszín lecsapolása Állékonyságvesztés Felszín letermelése Süllyedés Munkagépek mozgatása szokáson alapuló módszer tervezés, számítás

3 Talajmechanikai problémák 3 alaptörés kipréselődés alaptörés szétcsúszás kipréselődés vastag gyenge altalaj állékonyságvesztés vékony gyenge réteg vastag kedvező gyenge altalaj altalaj állékonyságvesztés deformációk, elmozdulások nagymértékű, egyenlőtlen, időben elhúzódó süllyedés vastag gyenge altalaj vékony gyenge gyenge felszín vastag gyenge altalaj réteg kedvező altalaj szétcsúszás kipréselődés gyenge vékony gyenge felszín réteg kedvező altalaj kedvező altalaj

4 Stabilitásvizsgálat

5 Alaptörés vizsgálata 5 H c u csúszólap H g 5 c u n 5 c u H

6 Szétcsúszás 6 E a H T L E a 0,5 H 2 K a g T c u L n cu L E a

7 Kitolódás 7 H E xa E xp h H g 4 t c u n 4 cu H

8 Süllyedés- és konszolidációszámítás

9 Süllyedésszámítás 9 Süllyedés : s t s a s c s m azonnali süllyedés (telítetlen talajok) Hooke törvény konszolidációs süllyedés : s c z E s h 0 a másodlagos összenyomódásokból származó süllyedés : z z0 t C.ln t 0

10 konszolidációs fok % Az elméleti konszolidációs görbe ,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 időtényező T h t h t T k E v s g 1 H 2 t c v 1 H 2 t

11 Kritikus területek Magyarországon

12 Kritikus területek Magyarországon 12

13 Kritikus talajok 13 Tőzeg drénezetlen nyírószilárdság kb kpa összenyomódási modulus kb kpa jelentős másodlagos összenyomódás Térfogatváltozó agyag drénezetlen nyírószilárdság kb kpa összenyomódási modulus kb kpa másodlagos összenyomódás Telített, puha állapotú finomszemcsés talaj ((mész)iszap) drénezetlen nyírószilárdság kb kpa vízérzékenység magas mésztartalom

14 Töltésalapozási irányelvek

15 Töltésépítés kedvezőtlen altalajon 15 A feladat kikerülése Építésszervezési megoldások Szerkezeti megoldások Előzetes talajjavítások

16 A feladat kikerülése 16 helyszínrajzi elkerülés talajcsere (teljes, részleges) kiemelés hídra

17 Építésszervezési megoldások

18 Lépcsős építés 18 töltésmagasság m ,0 2,0 biztonság 20 1, idő hónap süllyedés cm drénezetlen nyírószilárdság kpa

19 Többlettöltés 19 töltésmagasság m idő hónap süllyedés cm

20 Szerkezeti megoldások

21 Szerkezeti megoldások 21 A töltésmagasság optimalizálása gyenge altalajon való építés esetében 3 4 m magas töltés a talajtörés veszélye és a várható süllyedés még viszonylag kicsi a járművek dinamikus hatásai már nem hatnak a gyenge altalajra ki tud alakulni megfelelő átboltozódás a különösen (10 15 m) magas töltéseket kerülni kell A rézsűhajlás csökkentése a talajtöréssel szembeni biztonságot növeli a süllyedések alakulását gyakorlatilag nem befolyásolja közbenső padka A töltéstömeg csökkentése a talajtörési és süllyedési gondokat egyaránt csökkenti könnyű töltésanyagok (kohósalakok, pernyék, habszerű anyagok, üres gyűrűk)

22 Geohab-töltés 22

23 Geoműanyagok alkalmazása 23 talajtörés és szétcsúszás elleni védelem az általuk felvett húzóerő akadályozza a töltéstest elmozdulását a süllyedéseket nem befolyásolják

24 Előzetes talajjavítások

25 Talajjavítási eljárások 25 mélytömörítéses módszerek vibrációs mélytömörítés vibrált kőoszlop (kavicscölöp) készítése dinamikus konszolidáció dinamikus talajcsere (kőtömzs) talajjavítás kötőanyagbevitellel mélykeverés tömegstabilizálás betoncölöpözés egyéb módszerek talajcsere függőleges szalagdrénezés

26 Mélytömörítéses módszerek

27 Mélytömörítési eljárások 27

28 Vibrációs mélytömörítés

29 Mélyvibrálás 29 altalajba lehajtott speciális szárnyas vibrátor vagy más célszerűen kialakított fémelemek vibrációs lehajtása az elérhető legnagyobb mélység kb. 20 m, 3,0 m-nél kisebb mélység esetén nem célszerű

30 Vibrációs mélytömörítés 30 hosszabbító rugalmas csatlakoztató víz- vagy levegő betáplálás elektromotor excenter csúcs

31 Vibrációs mélytömörítés 31

32 Vibrációs mélytömörítés 32

33 Vibrált kőoszlop

34 Vibrált kőoszlop 34 anyagbetöltés vibrátor- és csőhosszabító rugalmas csatlakoztató anyagcső elektromotor excenter anyagűrítés

35 Vibrált kőoszlop 35

36 Kavicscölöpözés 36 Komplex talajjavítási módszer, mert talajtömörítésként részleges talajcsereként függőleges drénként is működnek, így csökkentik a süllyedések mértékét, növelik a talajtöréssel szembeni biztonságot, gyorsítják a konszolidációt.

37 Kavicscölöpözés 37 Talajkiszorításos eljárás Vibrációs célszerszám Üreg kiemeléses technológia Eszköz átmérő kb. 40 cm Cölöpátmérő kb cm Kitöltőanyag =35.40 Habarcsosítás Geoműanyagos hengerpalást Vízelvezetés-teherelosztás Átboltozódás

38 Kavicscölöpözés 38

39 Dinamikus konszolidáció

40 Dinamikus konszolidáció tonnás tömegek m magasságból való ejtegetése hatásmélység függ a talajtól és ejtési energiától, kb m tételezhető fel.

41 Dinamikus konszolidáció 41

42 Dinamikus talajcsere

43 Dinamikus talajcsere 43 Komplex talajjavítási technológia, mert részleges talajcsere függőleges drénezés feljavuló mechanikai tulajdonságok Így csökkenti a süllyedéseket növeli a talajtöréssel szembeni biztonságot gyorsítja a konszolidációt

44 Dinamikus talajcsere 44

45 Dinamikus talajcsere 45 néhány méter vastag, különösen gyenge talaj javítására alkalmas a 3 6 m mélységű, lefelé javuló talajok javításában igazán hatékony egyenletes teherbírású kőtömzs ejtegetett test 1,5...2,5 m átmérőjű, gömbszerű alakzat egy-egy kőtömzs előállítása 3 6 fázisban, fázisonként 5 6 döngölés 8 12 m ejtési magasság és 8 10 t tömeg a kőtömzsök területe a teljes terület 20 %-át közelítse tört szemcsés anyag, (φ=35 40, E s =25 50 MPa, k=10-5 m/s) készítése előtt feltöltés (legalább 1,0 m) a feltöltés alá célszerű vékony geotextíliát fektetni a kőtömzsök elkészülte után 0,5 m szemcsés feltöltés a szemcsés réteg alá geotextília (elősegíti az átboltozódással kialakuló teherelosztást)

46 Dinamikus talajcsere Soil Cons 46

47 Talajjavítás kötőanyagbevitellel

48 Mélykeverés

49 Mélykeveréses technológiák 49 Oszlopszerű mélykeverés Tömegstabilizálás résszerű mélykeverés

50 Mélykeverés - Oszlopszerű 50

51 Mélykeverés - Oszlopszerű 51

52 Mélykeverés - Tömegsabilizálás 52

53 Mélykeveréses technológiák 53

54 Mélykeverés Kötőanyagok, kezelési pontok 54 kötőanyag iszap agyag gyttja/sár, szerves agyag tőzeg cement ++ +/+(+) +/+(+) ++/+++ cement+gipsz cement+salak ++/++(+) ++/++(+) ++ ++/+++ mész+cement mész+gipsz mész+salak mész+gipsz+salak mész+gipsz+cement /++(+) - mész legtöbbször nagyon hatékony ++ többnyire hatékony + néhány esetben hatékony - nem használható

55 Betoncölöpözés

56 Betoncölöpözés 56 Menard CMC

57 Egyéb módszerek

58 Talajcsere 58 a cserélendő talaj vastagsága és mennyisége a töltés méreteihez képest nem nagy, megfelelő durva szemcséjű, tömörítés nélkül is jó teherbírású talaj áll rendelkezésre, a földkiemelés megbízhatóan és ellenőrizhetően végrehajtható, a cseretalaj kellő tömörséggel beépíthető, a kiemelt föld elhelyezése megoldható.

59 Függőleges szalagdrének m magas vezetőszerkezet excavátorra erősítve acélcső : szállítja a drént az altalajba mélység=acélcső hossz kihorgonyzás saruval

60 Függőleges szalagdrének 60

61 Módszerválasztás

62 Módszerválasztás 62

63 Töltésalapozások tervezése

64 Töltésalapozások tervezése 64 Hagyományos elméletek Geotechnikai szoftverek Hagyományos elmélet (pl. GGU, GEO5) Végeselemes programok pl: Plaxis 2D Plaxis 3D MIDAS GTS

65 Hagyományos elmélet Barron konszolidációszámítás 65 T v c v 1 H 2 t 1 - U = (1 - U v ) (1 - U r ) n=d/d T r c r 1 D 2 t

66 Hagyományos elmélet Priebe süllyedésszámítás 66 javítási tényező n kezelési arány A / A c

67 Hagyományos elmélet Állékonyságvizsgálat 67

68 Véges elemes analízis 2D modellezés 68 - lépcsős építés, túltöltés - geoműanyag - szalagdrén - mélykeverés - kavicscölöpözés - betoncölöpözés - talajcsere Eredmények - süllyedés - konszolidáció - stabilitás Displacement [m] 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0, Time [day] Chart 1 Point A Point B Point C Point D Point E

69 Véges elemes analízis Tengelyszimmetrikus modell 69 - szalagdrén - kavicscölöp - kőtömzs - betoncölöp - mélykeverés - tömegstabilizálás - talajcsere Eredmények - süllyedés lépték, geometria, rétegződés, kőtömzs, járműteher (15 kpa), háló, süllyedés a töltés hatására főfeszültségek a töltés alatt süllyedés a járműteher hatására - konszolidáció

70 Véges elemes analízis 3D modell 70 - bármelyik technológia Eredmények - süllyedés - konszolidáció - stabilitás

71 Minőségellenőrzés

72 Műszaki felügyelet, megfigyelés, fenntartás 72 Műszaki felügyelet a körülmények és a kivitelezés megfelelnek-e a tervben feltételezettnek? Megfigyelés az építmény viselkedése építés és üzemelés közben megfelel-e a tervezettnek? Fenntartás milyen tevékenységek kellenek a tervezett viselkedés tartós biztosításához?

73 Minőségellenőrzés 73

74 Monitoring 74 Módszerek : a konszolidáció folyamatát süllyedésméréssel lehet a legegyszerűbben ellenőrizni teherfelhordások alatti talajtörés elkerüléséhez a pórusvíznyomások mérése célszerű, ami a konszolidáció lezajlásáról is tájékoztat a szilárdságnövekedésről (esetleg) szondázással lehet képet kapni

75 Süllyedésmérés 75

76 süllyedés (cm) töltés (m) Építés közbeni süllyedésmérés 76 M7 autópálya kmsz. töltés-süllyedés mérés 10,0 1 mérés ( ) 0,0-10,0-20,0-30,0 2 mérés ( ) tervezett töltés 3 mérés ( ) 4 mérés ( ) 5 mérés ( ) 6 mérés ( ) 7 mérés ( ) túltöltés (0,90 m) -40,0-50,0-60, A pont távolsága a mérőhelytől (m) 8 mérés ( ) 9 mérés ( ) 10 mérés ( ) 11 mérés ( )

77 süllyedés (cm) töltésmagasság (m) Építés közbeni süllyedésmérés 77 M7 autópálya töltés-süllyedés bal váll -10 tengely -20 jobb váll -30 töltés over-filling 0,45 m idő

78 s (mm) Süllyedés előrejelzés Varga 78 konszolidáció előrejelzés - Varga t (nap) s o 80 0 t mért adatok kezdő érintő 100 vég érintő s 120 D=tg 0 /tg v B=lnD/ t s max =s 0 + s D/(D-1) s ú = s e -B t v 140 a görbeszakasz idô- és süllyedésnövekményébôl, valamint a kezdô és végérintô hajlásából számítja a keresett paramétereket

79 s (mm) Süllyedés előrejelzés Szepesházi 79 konszolidáció előrejelzés - Szepesházi t (nap) s o 80 t=145 s 1 mért adatok 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

80 s (mm) Süllyedés előrejelzés Asaoka 80 konszolidáció előrejelzés - Asaoka t (nap) s 1 több azonos hosszúságú idôközt vesz fel, s az egyes osztópontokhoz tartozó süllyedéseket olvassa le s 2 mért adatok 100 s 3 s 4 s s6 s s max E=tg B=lnE/ t s i =s i-1 +E(s i-1 -s i ) si (mm) 100 mért adatok 45 egyenes kiegyenlítő vonal s i-1 (mm)

81 t/s (nap/mm) Süllyedés előrejelzés hiperbólikus közelítés 81 2 hiperbólikus s-t függvény t (nap) d tgd=b s=t/(a+b t) t/s=a+b t s max =1/b 4 mért adatok lineáris t/s 5

82 82 Esettanulmány M7 autópálya Balatonszárszó - Ordacsehi

83 Tőzeges altalaj az M7 autópályán 83 4,0 m 3,0 m Homoktöltés =33 =20 kn/m 3 Tőzeg E s =600 kpa c u =15 kpa k=10-7 m/s s süllyedés Hö h 63cm E s 5,0 m Agyag E s =2500 kpa c u =20 kpa =20 k=10-9 m/s alaptörés 5 cu n H ,83 Konszolidációs idő t T H c v 2 434nap szétcsúszás n cu L E a 90 1,45 62 oldalkitérés n 4 cu H ,66

84 Tőzeges altalaj az M7 autópályán 84 Hány lépcsőben szabad megépíteni? ( 2) cu 5,14 15 H 2, 57m n 1,5 20 H 2, 0m -es lépcső A H=2 m töltés alatti konszolidáció, mennyivel növeli a drénezetlen nyírószilárdságot? c u 0,22 H 0,22 2,0 20 9kN/ m 2 Mekkora töltést bír el a tőzeg az első lépcső alatti konszolidáció után H Ezután már 2 n c u 5, ,5 20 4,1 m 2 cu 5,14 33 H 5, 6m n 1,5 20 lehetne a magasság, azaz fel lehet hordani a pályaszerkezetet szimuláló H=1,0 m túltöltést.

85 süllyedés (cm) töltés (m) Süllyedésmérési eredmények M7 autópálya kmsz.-ben töltés-süllyedés bal váll tengely jobb váll -30 töltés túltöltés 0,45 m idő 9.20

86 FEM Építési fázisok geoműanyag + szemcsés réteg 1 - töltésépítés 2 m - ig nap konszolidáció 3 - töltésépítés 4m - ig nap konszolidáció 5 - túltöltés 6-90 nap konszolidáció 7 - túltöltés visszaszedése 8 - pályaszerkezet építése 9 - konszolidáció 10 forgalmi teher 11 - végállapot

87 Végállapot deformált háló, mozgás vektorok 87

88 Függőleges irányú elmozdulás végállapotban 88

89 Vízszintes irányú elmozdulás végállapotban 89

90 Georácsban ébredő húzóerő 90 2 m töltés 8,5 kn/m 4 m töltés 13,7 kn/m végállapot 14,8 kn/m

91 Idő süllyedés görbék Displacement [m] 0,6 Chart 1 Point E 91 0,5 Point D 0,4 Point C 0,3 Point A Point H 0,2 0,1 0, Time [day] - A pont - töltésláb - C pont - tőzeg réteg közepén a tengelyben - D pont - 0,25 m-el a térszín alatt - E pont - terepszinten - H pont - töltés tetején

92 biztonsági tényező Biztonsági tényezők biztonsági tényezők idő (nap)

93 Pórusvíznyomás változása a tőzeg közepén 93 Active PP [kn/m2] -5,0-10,0-15,0-20,0-25,0-30,0-35,0-40,0-45, Time [day]

94 Vízszintes irányú mozgás az 1. építési fázis után 94

95 Pórusvíznyomás növekmény a 2. építési fázis után 95 (Az egyenes mentén a bal oldali B pont 32 kpa, a jobb oldali S pontban 2 kpa )

96 96 Esettanulmány Zalavasút II.

97 Megoldandó legfontosabb kérdés 97 Kiválthatók-e az időtartamát és költségét tekintve a kedvezőtlenebb tűnő kavicscölöpözések geocella matraccal?

98 A geocella matracos töltésalapozás 98 A geocella matracos alaperősítés együttdolgozik a töltéssel és - jól összekapcsolódó felületet biztosít a puha altalaj és a szemcsés kitöltő anyag között; - viszonylag merev alátámasztási felületet ad, mely egyrészt az altalajra hárított terhek egyenletes szétosztását, másrészt az altalajbeli feszültségek egyenletesebb kialakulását biztosítja.

99 Tőzeges altalaj a Zalavasúton 99 0,5 5,5 1,0 1,0 2,5 ~ 8,25 ~ 9,0 ~ 8,25 track embankment = 20 kn/m 3 1:1,5 clay E s 2,6 MPa k 10-9 m/s peat E s 0,6 MPa k m/s soft clay E s 2,2 MPa k m/s s süllyedés Hö h 35cm E s Konszolidációs idő alaptörés gravel n E s 50 MPa 5 c H u 1, 1 t T H c v 2 830nap szétcsúszás n cu L E a 1,65 oldalkitérés n 4 c u H 0, 7

100 Plaxis modellezés 100 Altalaj adatai Rétegek Réteg h E s s teteje (m) alja (m) (m) (MN/m 2 ) (cm) sárgásbarna sovány agyag 0,0 0,8 0,8 3,0 3,0 fekete tőzeg 0,8 2,0 1,2 0,6 22,4 szürke kövér agyag 2,0 4,5 2,5 3,0 9,3 szürke homokos kavics 4,5 6,0 1,5 40,0 0,4 Süllyedés összesen 35,1 s=32 cm

101 Konszolidációszámítás - Plaxis 101 Displacement [m] 0,35 Chart 1 Point A Point B 0,30 Point C 0,25 Point D Point E 0,20 0,15 A pont: töltéstengely korona, B pont: agyag felszíne tengely, C pont: tőzeg alsó felszíne tengely, D pont: töltésláb, E pont: kavics felszíne 0,10 0,05 0, Time [day]

102 Állékonyságvizsgálat - Plaxis 102

103 Tervezés hagyományos módszer 103 p c u 3,675 p/c u l d 8,0 c u = 10 kpa szükséges az egyensúlyhoz

104 Tervezés hagyományos módszer 104 σ h = σ n 2 κ 2 n s i n 2 ' 4 2 n s i n 4 ' 4 (s i n 2 2 (s i n 2 ' 1) ' 1) ( 2 n s i n 2 ' 2 ) 0,5 σ h = 38 kn/m Tensar SS40 + Tensar 120 RE n=σ t /σ h =1,68

105 Modellezés Plaxis programmal 105 stratas h sat E oed ref c ref λ * κ* (m) kn/m 3 MPa kn/m crushed gravel 0, ,0 40,0 1 embankment 5, ,0 33,0 5 clay 1,0 19,0 2,6 15,0 20,0 peat 1,0 15,0 0,6 2,0 12,0 0,21 0,025 soft clay 2,5 20,0 2,2 8,0 16,0 0,11 0,015 grey gravel 1,5 20,0 50,0 35,0 1,0 Építési fázisok: geocella matrac építés, függőleges szalagdrének 40 nap konszolidáció töltésépítés a zúzottkő ágyazatig 60 nap konszolidáció terhelés (52 kpa) végső állapot (Δu=5 kpa)

106 Soft Soil Model az átlagos nyomófeszültségtől függő merevség, - az elsődleges terhelés és a tehermentesítés-újraterhelés megkülönböztetése, - az előterhelés számításba vétele - Mohr-Coulomb törési feltétel alkalmazása v e v 0 v e0 v * p' ln( ) p * 0 p' ln( p 0 ) ur * E ur p

107 Laborvizsgálati eredmények 107 2,50 ln p (kpa) 2,40 * =0,21 v 2,30 2,20 * =0,025 2,10 2,00 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50

108 Függőleges mozgások árnyékképe 108 s=28 cm

109 Konszolidációszámítás 109 Displacement [m] 0,35 0,30 Chart 1 Point A Point B 0,25 Point C 0,20 Point D 0,15 Point E 0,10 0,05 0, Time [day]

110 Állékonyságvizsgálat 110 n=1,64

111 Helyszíni süllyedésmérési eredmények 111

112 Cellamatrac szerelése 112