Alapozás. Az alap az építménynek az a része, amely érintkezik az altalajjal.

Átírás

1 Alapozás Az alap az építménynek az a része, amely érintkezik az altalajjal. Az alap feladata, hogy az építmény hasznos terhelését úgy adja át az altalajnak, hogy az építményben káros alakváltozások ne következzenek be. A terhelés hatással van az altalajra és az visszahat a szerkezetre. A helyesen megépített alap az építményt szilárdan alátámasztja. Az alap kiválasztásánál a biztonság és a gazdaságosság vezet a legkedvezőbb megoldáshoz. Az alapok fajtái: - síkalapok - mélyalapok - gépalapok 1

2 Síkalap: az építménynek közvetlenül a talajra támaszkodó többnyire talpszerűen kiszélesedő, alsó résszel készül. A talajjal érintkező alsó felületük többnyire vízszintes és sík. Rendszerint a helyszínen készülnek. Ott alkalmazzuk, ahol a teherbíró talaj elérhető mélységben van. Mélyalap: cölöpök, résfalak, szekrények, teherközvetítő szerkezetek, amelyek mélyebben fekvő teherviselő rétegekre továbbítják a terheket. Gépalap: a dinamikus ütő-, és rázóhatást kifejtő gépek alapjai. Tervezésük és kivitelezésük az alapozás külön ágazata. Az alapozási mód kiválasztása: A gazdaságosság és a kivitelezés szempontjából a síkalap a legjobb megoldás. Mélyalapozás akkor, ha: a megbízható teherbíró réteg mélyen van a magas talajvíz miatt a síkalap költségesebb síkalap estén kimosás veszély várható elcsúszás veszély várható nem megengedhető süllyedések keletkeznének síkalap estén a teher elosztása egyenlőtlen a síkalapozás veszélyeztetné a szomszédos épületet gazdaságosabb a síkalapnál 2

3 Az alapozás körülményei és rendeltetése szerint: Hidak: igen nagy koncentrált terheket kell élővíz vagy talajvíz szintje alatt, többnyire nagy mélységben kis felületen átadni az altalajra. Vízi építmények: élővízben vagy a talajvíz alatt kell építeni nagy kiterjedésű és aránylag kis terheket, amelyek továbbra is ki vannak téve a víz közvetlen hatásának. Alapozás közben a fő nehézség a munkagödör víztelenítése. Épületek: rendszerint vonalak mentén koncentrált terheket kell átadni lehetőleg a felszínhez minél közelebbi rétegre, többnyire különösebb víztelenítési eljárás nélkül. Síkalap 3

4 A legegyszerűbb síkalap a sávalap Sávalapok: a falak folytonos alátámasztására készülnek. Sávalap, ha az alaptest oldalaira nézve teljesül: az alaptest: magassága / szélessége = 1 / 3,5 arány Különböző anyagú sávalapok a) tömör tégla b) fagyálló kő c) beton d) úsztatott beton e) vasbeton 4

5 Pillérek, oszlopok alatt egyedi alapok készülnek (pontalap): tömb vagy papucsalap Anyaguk, építésük azonos a sávalapéval. A nagyobb igénybevétel miatt betonból vagy vasbetonból készül. Hálós vasalással vannak ellátva. A pillérek sávszerű alapja a szalag-, vagy gerendarács alap. Akkor készülnek, ha a pilléralapok nagyon közel kerülnek egymáshoz. Vasbeton gerendarács alap Egymást metsző szalagalapok együttese. Vasbeton szalagalap 5

6 Lemezalapozás építése olyankor előnyös, ha a talaj teherbírása a terheléshez képest kicsi. Az építmény terheit az altalajra teljes felületen adja át. A lemezalap a teljes építményt egyetlen összefüggő szerkezetként támasztja alá. A lemez lehet sík vagy bordás. A héjalapok speciális, anyagtakarékos, de munkaigényes lemezek. Görbe felületűek, amelyekben csak felületre merőleges erők (húzás-nyomás) keletkeznek, hajlítás nem. 6

7 Síkalapok alapozási mélysége: Általános szempontok: Az alapozási sík kiválasztásának szempontjai: - Az alapok kellően teherbíró talajra kerüljenek - Az alapok a lehetőségekhez képest a talajvíz szintje fölött épüljenek meg (olcsóbb, nincsenek víz okozta károk) - Az alapozási sík legalább a fagyhatárnak megfelelő mélységben legyen (0,8 1,0 m) - Az alapozási sík lehetőleg a térfogatváltozásnak kitett zóna alatt maradjon (duzzadás, zsugorodás jellemzően kötött talajoknál) Különleges szempontok: A részben alápincézett épületeknél az egyes alapok szintjét úgy kell meghatározni, hogy a felső alap belső élétől húzott természetes rézsű vonala ne messe a pincefal vonalát a pincepadló szintje fölött. 7

8 A különböző szinteken levő alapokat lépcsőzetes mélyítéssel kell csatlakoztatni. Régi és új épületek csatlakozása: Az új épület síkja nem lehet a meglevő alapé fölött Ha az új épületnek mélyebb az alapsíkja, akkor a meglevő épület alapjait aláfalazással kell kiegészíteni, az új alap síkjáig. 8

9 Az alapok szélessége: Az alapfelület akkora legyen, hogy a talajra hárított terhek, illetve feszültségek ne merítsék ki az alap teherbírását, legyen kellő biztonság a talajtöréssel szemben. Ne okozzanak akkora süllyedést, amekkorát az építmény nem bírna el károsodás nélkül. A síkalapok süllyedései: A süllyedések oka: a talajrétegek összenyomódása (időbeli elhúzódása a konszolidáció). Talajmozgásokat okozhat: - az épület súlya, - A dinamikus terhek és hatások (rezgések, vibrációk) - A talajban levő víz mozgása (talajvíz áramlás, talajvízszint-süllyesztés, kiszárítás, átáztatás) - Fizikai és kémiai változások (fagyás, olvadás) - Egyéb fizikai hatások (aláüregelés, csúszás stb.) E talajmozgások nagysága nagyon nehezen becsülhető meg előre, ezért célszerű eleve elkerülni kifejlődésük lehetőségét. (megváltoztatni az alapsík helyzetét, az alapozás módját, az építmény terheit, talajt cserélni, szilárdítani) Megbízhatóan csak a statikus terhelésből származó süllyedéseket tudjuk kiszámítani. 9

10 Az egyenlőtlen süllyedéseket jellegzetes irányú repedéseket okozhatnak az épületen A repedések arrafelé emelkednek, amerre a nagyobb süllyedések vannak. 10

11 Mélyalapozás Mélyalapok Ha a terepszint közelében nincs megfelelő teherbírású talaj, illetve a síkalapozás nem megfelelő, akkor az építmény szerkezeti elemei és a mélyebben fekvő, kellő teherbírású altalaj közé közvetítő elemet építünk. síkalap cölöp lemezalap síkalap homok cölöp agyag Ez a mélyalapozás Fajtái: - Cölöp alap - Résfalas alapozás - Kút- és szekrényalap 11

12 Cölöpalapozás A cölöpök definíciója teherátadás a mélyebben levő talajrétegekre a cölöptalpon és a cölöppaláston függőleges méretére általában jellemző H hossz / D átmérő >5 - a teherbíró réteg mélysége és - a befogás szükséges hossza szabja meg építése általában valamilyen célszerszámmal felülről, a járósíktól lefelé halad Készítési módjuk szerint lehetnek: - előre gyártottak - helyszínen készítettek 12

13 A cölöpök funkciója, rendeltetése új építmény alapozása mélyen teherbíró réteg esetén aláüregelődési veszély esetén magas talajvíz esetén a víztelenítés elkerülésére süllyedés érzékeny épület alá régi épület megerősítése épületkárosodás vagy tehernövelés esetén koncepció: teheráthárítás a mélyebb rétegekre síkalap alá, mellé vagy azt átfúrva földtámasztó szerkezet munkatér határolásra lejtőstabilizálásra talajjavítás céljából tömörítés talajcsere Alapmegerősítő cölöpök 13

14 Földmegtámasztó cölöpfalak Csoportosítás Teherátadás szerint lebegő cölöp - teherátadás a talajra a talpon min. 2/3 - teherátadás a talajra a paláston min. 2/3 14

15 Cölöposztályozás az átmérő szerint Mikrocölöpök D = 8-24 (30) cm Főleg alap megerősítésre Speciális technológiákkal Normál méretű D = cm szokványos terhű, érzékeny épületek mindkét technológiával Nagyátmérőjű D > 80 cm nagy terhelésű, érzékeny épületek talajhelyettesítéses technológiával Cölöpválasztás szempontjai a helyszíni talaj- és talajvízviszonyok, beleértve a talajban előforduló ismert vagy lehetséges akadályokat is, a cölöpözéskor keletkező feszültségek, a készítendő cölöp épségének megőrzésére és ellenőrzésére szolgáló lehetőségek, a cölöpözési módszer és sorrend hatása a már elkészült cölöpökre, a szomszédos tartószerkezetekre és közművezetékekre, a cölöpözéskor megbízhatóan betartható tűréshatárok, a talajban előforduló vegyi anyagok káros hatásai, a vegyi anyagok kötés-gátló hatása, a különböző talajvizek összekapcsolódásának lehetősége, a cölöpök kezelése és szállítása, a cölöpözés hatásai a környező építményekre, a cölöpök távolsága a cölöpcsoportban, a cölöpözéssel a szomszédos szerkezetekben okozott elmozdulások vagy rezgések, az alkalmazandó verőberendezés vagy vibrátor típusa, a cölöpökben a verés által keltett dinamikus feszültségek, fúróiszappal készülő fúrt cölöpök esetében a folyadéknyomás szinten tartásának szükségessége, megakadályozandó a furat falának beomlását és a furat talpának hidraulikus talajtörését, a cölöptalp és egyes esetekben, különösen bentonit alkalmazásakor a palást megtisztítása a fellazult törmelék eltávolítása végett, a furatfal betonozás közbeni helyi beomlása, mely földzárványt okozhat a cölöpszárban, talaj vagy talajvíz behatolása a helyben betonozott cölöptestbe és az átáramló víz lehetséges zavaró hatásai a még nedves betonban, a cölöpöt körülvevő telítetlen homokrétegeknek a beton vizét elszívó hatása, a talajkiszorító cölöpök talajtömörítő hatása, a talajnak a cölöpfúrás által okozott megzavarása. 15

16 Cölöpözési technológiák Előre gyártott cölöptest vagy alul zárt cső lehajtása talajtömörítés teherbírás növekedés lehajtáskor zaj, rezgés Helyszínen készített talajkiemelés üregkitöltés talajlazulás teherbíráscsökkenés lehajtáskor sem zaj, sem rezgés Előre gyártott cölöpök 16

17 A cölöpök anyaga a: fa b, c: acél d: előre gyártott vasbeton e: helyben készített vasbeton f: előfeszített vasbeton g, h: utófeszített vasbeton Facölöpök A megfelelően előkészített facölöpöket kizárólag veréssel hajtják le. A veréshez könnyű verőgépeket használnak. A facölöpöket általában ideiglenes létesítmények alapozására használják. Beépítésük olyan esetekben indokolt, amikor a várható élettartamon belül képesek ellenállni a víz és a levegő váltakozó hatásának, egyéb károsító körülményeknek. Végleges építmény alatt is szabad alkalmazni, ha a facölöp az építmény élettartama alatt teljes hosszában víz alatt marad. Anyaguk általában fenyő, esetleg tölgy. Keresztmetszetük mindig kör alakú, amelyet a vékonyabb végén meghegyeznek, és saruval látják el. A facölöp átmérője a csúcsánál min. 15 cm. Átlagos átmérője: 25 cm. A facölöpöt a verés kezdete előtt pontra kell állítani. A verés során gondoskodni kell a lehajtás iránytartásáról. A verést az egy ütéssorozatra a tervben előírt behatolási érték elérésekor abba kell hagyni. A facölöp toldható. Folyóvízben vert facölöpöket verés után azonnal ideiglenesen is össze kell fogni, egymással összefogva ki kell merevíteni. Folyóvízben áttelelő facölöpöket a zajló jég ellen védeni kell. A facölöpöt rendeltetésének betöltése után el kell távolítani, lehetőleg ki kell húzni. A kihúzott facölöp helyét azonnal ki kell tölteni. 17

18 Acélcölöpök Többnyire csak ideiglenes célra használják. Előnyük, hogy visszahúzhatók, többször felhasználhatók, hátrányuk a nagy költség. Alkalmazásuk akkor célszerű, ha: a cölöppel akadályokon kell keresztülhaladni, nagy hosszúságú előgyártott cölöpre van szükség, a cölöpözésnek rövid idő alatt kell elkészülnie, a cölöp anyagát (ideiglenes létesítmény esetében) vissza akarjuk nyerni, más célra nem alkalmas, de cölöpnek megfelelő acélanyag áll rendelkezésre. Legtöbbször hegeszthető, nagy szilárdságú acélcsöveket használnak. Az acélcölöpök külső átmérője a cölöp hosszának legalább 1/40-e, Falvastagsága 30 cm átmérőig legalább 8 mm, 30 cm átmérő felett legalább 10 mm. Az előkészített (hosszra hegesztett, csúcskialakítással rendelkező) acélcsöveket, profilokat veréssel, vibrálással vagy öblítéssel az előírt mélységbe lehajtják. Az acélcölöp csavartányéros megoldással húzott cölöpként is felhasználható. Acélcölöp lehajtása 18

19 Acél cölöpök Vasbeton cölöpök Leggyakrabban használt cölöpök: előnyös tulajdonságuk miatt. Előnyeik: - tartósság - viszonylagos nagy teherbírás - nehéz verési körülmények közötti alkalmazhatóság Hátrányaik: - nagy tömeg - egyszeri felhasználhatóság - nehézkes kezelés, szállítás. Készítéséhez a legjobb minőségű betont használnak. Az adalékanyag maximális szemnagysága 20 mm. Az acélbetétek jó minőségű acélból készülnek. A hosszbetétek nem végződhetnek kampóban, fölöttük a betontakarás 3-4 cm. 19

20 Előre gyártott cölöptípusok Csavart (screw) cölöp Előre gyártott kúpalakú vasbeton cölöp Főleg lösztalajokban alkalmazzák, általában 2,5-5,0 m hosszúsággal. Talajtömörítő hatásúak, általában vibrálással juttatják a talajba. 20

21 Különleges vasbeton cölöpök Injektor-cölöp: Hossztengelyébe acélcsövet betonoznak. A cölöp leverése után ezen keresztül a csúcs környezetébe cementpépet sajtolnak. Az így megnövekedett átmérőjű csúcs teherbírása nagyobb lesz. Mega-cölöp: 25x25, 30x30 cm keresztmetszetű, cm hosszú, előre gyártott darabokból állítják elő. Hidraulikus sajtóval nyomják a talajba a már meglévő épület alá. Az előre gyártott elemek véglapjaikon támaszkodnak egymásra, egy-egy acéltüske biztosítja a csatlakozásuk központosságát. Legalul egy csúcselem halad. A sajtó alá egy fejelemet helyeznek, felül pedig teherelosztó elem közvetítésével csatlakoznak az épület alapjához. 1 - csúcselem 2 - sajtó 3 - fejelem 4 - teherelosztó szerkezet Toldások 21

22 Az előre gyártott cölöpök lehajtása Munkahely elrendezése: terep előkészítése, egyengetése, rendezése. Alapelv: - a belső szállítások a lehető legkisebbek legyenek, - az egyidejűleg végzett munkák ne zavarják egymást. A cölöpök helyét geodéziai módszerekkel, cm pontosan ki kell tűzni. A cölöpök lejuttatásának egyik módja a verés: kézi vagy gépi. Kézi verők: ideiglenes facölöpök beverésére alkalmasak, könnyű állványról. Gépi cölöpverők: csörlő rendszerű, gőzkalapácsos és robbanómotoros rendszerűek lehetnek. Célszerű az olyan berendezés, amelynél a viszonylag nagy tömegű kos viszonylag kis magasságból üt. Hidraulikus verőkalapács lánctalpas alapgépen ( ütés/perc) 22

23 Az előre gyártott cölöpök lehajtása A cölöpök talajba való levitelekor az öblítésnek akkor van szerepe, ha a verés vagy becsavarás igen nehezen megy. Öblítéskor a cölöpcsúcshoz nagynyomású vízsugarat vezetnek, az ott levő talaj fellazítására. Vibrálás kis rezgésszámú, nagy amplitúdójú vibrátort alkalmaznak. A vibráció következtében a rezgésbe hozott talajtömeg súrlódása csökken. csavarás sajtolás 23

24 Új épület pilléreinek alapozása cölöpökkel cölöpcsoport Kapcsolat az építménnyel Cölöpalap két részből áll: - cölöpökből - azok fejeit összefogó tömbből, lemezből, cölöprácsból oszlopcölöpök sorban álló cölöpök cölöpcsoportok 24

25 Hídpillér alapozás cölöpökkel A feszített cölöp: elő-, vagy utófeszített. Az előre gyártott vasbeton cölöp fejlesztése, korszerűsítése számos a vasbeton cölöpre jellemző hátrányt kiküszöböl. Az előfeszített cölöp előnyei: - a mozgatás alkalmával keletkező hajlító igénybevételek 25-30%-kal kisebb betonkeresztmetszettel vehetők fel - a kisebb keresztmetszet kisebb súlyt, ill. azonos súly mellett nagyobb hosszat jelent - kisebb súly és a nagyobb acélszilárdság miatt jelentős az acél megtakarítás - a beépítés után keletkező hajlítások felvételére is alkalmas - repedésmentes, kevésbé korrózió érzékeny Az utófeszített cölöp előnyei: - a szükséges hossz rövid 2 m-es üreges, csőszerű, könnyű vasalású, horonycsatlakozású elemekből áll - szerkezeti rendszere miatt a toldás egyszerű - az üregekben vezetett feszítő huzalköteg vagy rudazat egyszerű eszközökkel feszíthető - a feszítő elemek a leverés után visszanyerhetőek - üreges rendszere az esetleg szükségessé váló öblítést is megkönnyíti. 25

26 Helyszínen készült cölöpök A helyszínen készült cölöpöt a talajban létrehozott furat kibetonozásával állítják elő. A furat sokféleképpen elkészíthető: - a helyi körülményekhez, talajviszonyokhoz, - a cölöp tervezett méreteihez, teherbíráshoz igazodva Előnyei: nagyobb teherbírás, tetszőleges hosszúság A: visszanyert köpenycsővel készült fúrt cölöp, E: Soil-Mec-cölöp B: Benoto-cölöp F: Highway-cölöp C: Franki-cölöp G: Kompresszorcölöp D: Vuis-cölöp 26

27 Visszanyert köpenycsővel fúrt cölöp fúrás markoló fúróval cm átmérőjű lyukat fúrnak a teherbíró rétegig m. béléscsöves furatvédelem vasalás behelyezése betonozás betonozó csővel, a víz alatti betonozás szabályai szerint folyamatos betonozás közben a béléscsövet visszahúzzák Benoto-cölöp Az ejtő-markoló 88 cm átmérőjű lyukat készít. A fúrócső ide-oda forgatásával és függőleges le-fel mozgatásával csökkenti a súrlódási ellenállást, alakítja ki a lyukat. A tervezett mélység elérése után a lyukat a béléscső fokozatos felhúzása közben kibetonozzák. A betont a béléscső mozgatásával tömörítik. Betonozó tölcsér, vagy betonszivattyú. A cölöp felső végébe acélbetét kerül. Maximális hosszúsága 40 m. Vízzáró függönyfal is készíthető egymást metsző cölöpökkel. 27

28 Benoto Fúrókoronával kettős falú fúrócsővel ellátott gép Franki-cölöp Visszanyert köpenycsöves vert cölöp, cm átmérőjű, 30 mm falvastagságú, 13 m hosszú béléscsövet állítanak a verőállvány alá. Betondugó kb. 1m földnedves betonból 3 t-ás ejtőkossal döngölnek A béléscsövet rögzítik és kiverik belőle a betont. Hagyma kialakítása újabb betonadagokkal, döngöléssel tömörítik, a köpenycsövet visszahúzzák. 28

29 Vibrálva lehajtott, visszanyert köpenycsővel készített cölöp. A 10 m hosszú, 37 cm átmérőjű acél béléscsövet vibrátorral hajtják le a talajba. Meghatározott mélység elérése után a vezérgépdaru kiemeli a csövet és a beszorult földmagot sűrített levegővel kilövik A csövet több lépcsőben a teherbíró talajig vibrálják. Max. 10 m. Vuis-cölöp A cső végére egy előre-gyártott betoncsúcsot helyeznek és a béléscső ismételt lyukba helyezése után vibráció és sűrített levegő alkalmazása mellett, a cső fokozatos kiemelésével párhuzamosan a lyukat bebetonozzák. Fejvasalást vibrálnak bele. 29

30 Vuis-cölöp: a levibrált acélcső helyének kibetonozása Simplex cölöp elvesző fejű acélcső helyének kibetonozása 30

31 Talplemezes fúrt vert cölöp A talajvízszintig spirálfúróval lyukat fúrnak, majd ebbe kisebb átmérőjű béléscsövet állítanak az alsó peremét acél talplemezzel zárják le. A talplemezes béléscsövet a teherbíró rétegig leverik, vagy vibrálják. A talplemez a cölöp alján marad. Átmérő: cm Hossz: 6-12 m Fundex-cölöp elvesző fejű lecsavart acélcső kibetonozott helye 31

32 Soil-Mec-cölöp Cölöpkészítés lépései: - fúrás markoló fúróval - zagymegtámasztás - furatvédelem - vasszerelés elhelyezése - betonozás betonozó csővel Az így készített cm átmérőjű, max. 42 m hosszú cölöp teherbírása több ezer kn lehet. 32

33 Fúrt cölöp készítése állékony talajban fúrás rövid spirállal szakaszos földkiemeléssel furatvédelem nélkül talptisztítás kanállal vasalás beállítása betonozás betonozó csővel 33

34 CFA - folyamatos spirállal készített cölöp A folyamatos spirálú csigás fúróberendezést lehajtják a talajba. Az üreges fúrószáron keresztül juttatják le betonszivattyúval a betont. A betonnak nyomás alatt kell a furattalpat elérnie, annak érdekében, hogy a felfelé mozgó spirál alatt ne történhessen fellazulás, beomlás. A vasszerelést a betonozás után közvetlenül vibrálják a cölöpbe 34

35 Highway-cölöp Ez a cölöp gépesített síkalapnak tekinthető. Egy tehergépkocsira szerelt tányérfúróval ellátott berendezéssel 3 m mély 0,3-0,6 m átmérőjű lyukat állítanak elő igen gyorsan, amelyet ezután kibetonoznak. Olyan talajokon alkalmazható, amelyekben a furat megtámasztás nélkül megáll. Nem alkalmazható talajvízszint alatt, laza szemcsés vagy folyós jellegű talajoknál. 35

36 Dugó cölöp Egy Poclain markoló gémjére szerelt hidromotor a talajba forgatja a lapos menetű spiráltárcsát. A szükséges mélység elérése után a fúrószáron keresztül a betonszivattyú képlékeny betont nyom a fúrótárcsa csúcsához, és a nagy nyomás (20-30 bar) a fúrót a felette lévő talajdugóval együtt kiemeli a földből. A friss betonban elhelyezik a csatlakozáshoz szükséges acélbetéteket. Kompresszorcölöp A kompresszorcölöp köpenycső nélkül vert cölöp, amelyet úgy készítenek, hogy egy kúpos, cm átmérőjű, 1,5-2,5 t tömeget ejtenek le kb. 15 m magas állványról. Ezzel 5-6 m mély lyuk képződik, amelybe tömörítés mellett betont öntenek. Készítéskor igen nagy dinamikus hatás lép fel. Előnye, hogy igen nagy a teherbírása. Hátránya, hogy talajvízben nem készíthető, nagy a dinamikus hatása, zajos, beépített területen nem alkalmazható. 36

37 A friss beton ellenőrzése Tárgy 1 szállítás folyamatossága 2 beton - szilárdsági osztálya - összetétele ellenőrzés Az ellenőrzés módja/tárgya 3 konzisztencia - roskadás- vagy - terülésvizsgálat 4 környezeti hőmérséklet 5 bedolgozhatósági idő A friss beton ellenőrzése betonozás folyamatossága Cél Gyakoriság Megjegyzések betonozás előtt szállítási dokumentum megfelelés minden szállító jármű esetében hőmérő a friss beton bedolgozhatósági vizsgálata - megfelelés - bedolgozhatóság a frissen betonozott cölöpök védelme a bedolgozhatóság időtartamának ellenőrzése minden járműre ha előírják - ha előírják - kétség esetén a vizsgálatokat a betonozással párhuzamosan kell végezni Cölöpök teherbírása 37

38 Az építmény a cölöpökre legtöbbször függőleges vagy közel függőleges erőket ad át. Fontos feladat ezért meghatározni a cölöp teherbírását: - adott terhelés - talajrétegződés - cölöpátmérő esetén. Meg kell határozni a szükséges cölöpök számát: - adott épületterhelés - talajviszonyok mellett. A függőlegesen nyomott egyedi cölöp a csúcsánál támaszkodva (nyomófeszültségekkel) és a köpenyfelület melletti súrlódással, ill. adhézióval (nyírófeszültséggel) adja át terhét a talajra. Kis terhek, ill. kis süllyedések tartományában a köpenysúrlódás az uralkodó, nagyobb terhelések esetén fokozatosan nő a talp (csúcs) ellenállás. Az egyedi cölöp teherbírásának meghatározása Statikus próbaterhelés: a végleges kivitelezés helyszínén, a tervezett cölöpfajtán a tényleges méretekkel és módon készült cölöppel készül A cölöp teherbírása a kísérletileg alkalmazott nyomóerővel szemben tanúsított ellenállásból számítható. Ehhez mérni kell az erőket és az általuk okozott elmozdulásokat. 38

39 Statikus próbaterhelés Két fő elem: - a hidraulikus sajtó - a felülről biztosító ellentartás - terhelőkaloda A terhelést a hidraulikus sajtó feszültségmérője, a cölöp süllyedését elmozdulás-mérő óra méri. Lehorgonyzó cölöpökkel 39

40 40

41 A terhelő erő és a süllyedés kapcsolata A cölöpre a terhelést lépcsőzetesen, a cölöphöz képest központosan adják át. A mérési jegyzőkönyv alapján számolják a próbaterhelés eredményeit. A törőerő (F t ) az a terhelési fokozat, amelyek növelése nélkül is folytonosan növekvő benyomódás észlelhető. A cölöp teherbírása: F h = v 1 v 2 v 3 F t -v 1 a törőerő megbízhatóságától függő tényező -v 2 a cölöpre jutó teher megbízhatóságától függő tényező -v 3 az altalaj egyenetlenségétől függő tényező A próbatest törőterhe azzal az értékkel egyenlő, ahol a görbe függőleges érintőbe megy át kn A v 1 v 2 v 3 szorzat értéke legfeljebb 0,7 lehet Dinamikus próbaterhelés: A cölöpfejre átadott lökésszerű teher a cölöpben és az őt körülvevő talajban feszültséghullámot hoz létre, amely a cölöp alakja és anyagjellemzői, valamint a talaj és a cölöp kölcsönhatása által meghatározott módon terjed. A cölöpfejre ható dinamikus erőhatás, valamint a cölöpfej gyorsulásának ismeretében meghatározhatók a talaj-cölöp kölcsönhatást leíró numerikus modell ismeretlen paraméterei. Ezek alapján a megszerkeszthető a statikus terhelési viszonyok alatt érvényes teher-elmozdulás diagram. A dinamikus próbaterhelést előzetes számítások alapján kell végrehajtani. Előzetesen meg kell határozni a mobilizálandó teherbírás alapján a szükséges ejtősúly tömegét, az ejtési magasságot, valamint a cölöpfejen elhelyezendő verőbetét anyagát és vastagságát. A helyi talajviszonyok és a cölöp jellemzőinek ismeretében igazolni kell, hogy az alkalmazott terhelőrendszer hatására a cölöpben nem ébrednek káros mértékű feszültségek. 41

42 A dinamikus hatást külön erre a célra készített ejtősúllyal, vagy cölöpverő berendezéssel hozzák létre. A cölöpfejen a cölöpfej felső síkjától 1,5-2,0 cölöpátmérőtávolságra felszerelt érzékelőkkel (gyorsulásmérő, erőcella) mérik a dinamikus erőhatást, valamint a cölöpfej gyorsulását. Ezen kívül a cölöpfej mozgásának kalibrálása céljából célszerű mérni a cölöpfej maradó süllyedését is. A mért adatok alapján meghatározzák a talaj-cölöp kölcsönhatást leíró numerikus modell ismeretlen paramétereit (köpenysúrlódás, csúcsellenállás, dinamikus ellenállás) oly módon, hogy a modell viselkedése azonos legyen a valóságos cölöp viselkedésével, a mért adatok tekintetében. Ezt követően leválasztható a dinamikus ellenállás összetevő, és megszerkeszthető a statikus terhelési folyamat alatt várható terhelés-süllyedés-diagram. A mérési eljárást igen gyorsan végre lehet hajtani (1-2 óra), és nem igényel költséges terhelő, illetve lehorgonyzó szerkezeteket. Ezért igen alkalmas már elkészült alaptestek teherbírásának utólagos ellenőrzésére is. Statnamikus próbaterhelés: A cölöp fejére ún. inerciatömeget helyeznek, ami a fellépő későbbi cölöpteher mintegy 5 százaléka. Ezután az inerciatömegen át egy speciális robbanókamrás készülékkel ütést fejtenek ki a cölöpre, ami a cölöpöt benyomja a talajba. Az inerciatömeg és a cölöp közé egy tekercsrugót helyeznek, ami a kifejtett energiát bizonyos időre ( ms) szétosztja. Az ütés következtében a cölöp a benyomódáson túlmenően rugalmas alakváltozást is szenved. A cölöpfejre ható teljes terhelőerőt erőmérő cellával mérik és meghatározzák a cölöpfej függőleges értelmű elmozdulását is. A műszer a mért adatok felhasználásával az ütés után azonnal kirajzolja a terhelés-süllyedés-, a terhelés-idő- és a süllyedés-idő görbéket, így a cölöp törőterhelése a hagyományos módon megállapítható. Az eljárás bármely cölöpfajtánál alkalmazható. A statikus próbaterhelés terhelő berendezései (terhelő kaloda, sajtók, teherelosztó cölöprendszer stb.) itt nem szükségesek. Az eljárás gyorsan lefolytatható, ezért egyszerre cölöpcsoport is ellenőrizhető. 42

43 Osztott cölöpös (VUIS-önlehorgonyzó rendszerű) próbaterhelés: A próbaterhelés céljára egy darab speciális, osztott fúrt cölöpöt készítenek, belső lehorgonyzó rudazattal. A cölöp alján btontömböt alakítanak ki, erre építik rá a cölöp köpenyét. A próbaterhelés során hidraulikus sajtóval ezt a betontalpat a talajba sajtolják, az itt mérő erő lesz a csúcsellenállás mértéke. A talp benyomása során a lehorgonyzó rudazat ellentart, és a cölöp köpenyét felfelé irányuló kihúzásnak veti alá, ennek értéke lesz a köpenysúrlódás. A két erő külön-külön mérhető és felhasználásukkal a cölöp egyesített süllyedés-terhelés görbéje megszerkeszthető. Ebből a diagramból a cölöp törőterhe számítással meghatározható. 43

44 Szeizmikus integritásvizsgálat: A cölöpfejre átadott lökésszerű teher a cölöpben feszültséghullámot hoz létre, amely a cölöp alakja és anyagjellemzői által meghatározott módon terjed. A vizsgálat során a cölöpfejet egy kézi kalapáccsal megütve a mért hullámjellemzők (gyorsulás) alapján meghatározzák a cölöp hosszát, valamint az esetleges geometriai és anyag folytonossági változásoknak a cölöp hossza mentén való elhelyezkedését. A kialakuló nyomáshullám a cölöptesten végighalad, és az anyaghatárokról visszaverődik. Ilyen anyaghatár a cölöptalp és a cölöptest belsejében képződött repedés, folytonossági hiány. Szeizmikus integritásvizsgálat folytonos anyagú, beton vagy vasbeton alaptest (cölöp, résfalszakasz) folyamatosságának igazolására használható. Izotópos mérés: A betonminőséget a cölöp elkészülte után radioaktív izotópos vizsgálattal ellenőrzik. Az izotópos ellenőrzésnél 2 3 -os, alsó végén zárt, acélcsövet építenek be a cölöpbe, és a betonozás befejezése után ebben a csőben végzik a mérést a Cézium 137 radioaktív izotópot tartalmazó mélyszondával. 44

45 Tapasztalati adatok a cölöpteherbírásra cölöptípus talaj tájékoztató fajlagos talpellenállás tájékoztató fajlagos palástellenállás fajta állapot σ MN/m 2 τ kn/m 2 homokos laza előregyártott kavics tömör vert vb. cölöp közepes könnyen sodorható agyag kemény homokos laza folyamatos kavics tömör cölöp közepes könnyen sodorható agyag kemény EGYÉB, SPECIÁLIS TECHNOLÓGIA SZERINT KÉSZÜLŐ MÉLYALAPOK Jet-grouting Kút- és szekrényalapok Résfalas alapozás 45

46 Jet Grouting Az eljárás lényege, hogy a talaj szerkezetét megváltoztatva egy új teherviselő talajbeton oszlopot hozunk létre. Nagy nyomás alatt cementszuszpenziót juttatunk a talajba, mely erodálja a talaj eredeti szerkezetét a fúvócső környezetében és az így keletkezett résekbe behatoló cement szuszpenzió a talajjal megkötve talajbetont hoz létre. Jet Grouting eljárás menete: 1. fázis: A kívánt mélység elérését szolgáló fúrás, mely mm átmérőjű fúrócsővel történik. A fúrás általában öblítéssel történik, melynek a végén egy acélgolyóval zárják le az öblítő-csövet. 2. fázis: A JET cölöp kialakítását injektálással végzik. A kívánt mélységben levő 2-5mm átmérőjű fúvókán keresztül cement-szuszpenziót injektálnak a talajba bar nyomással. A fúvócső forgatása és felfelé húzása közben cementszuszpenzióval összekevert talajhenger jön létre, mely a cement megkötése után létrehozza a JET cölöpöt. 46

47 Jet Grouting eljárásnak három fajtája van: -Szimpla JET: A talaj roncsolásához csak a cementszuszpenziót használják, mellyel rögtön a JET oszlopot is kialakítják. A folyadék nyomása, mely a talajba érkezik, bar. -Dupla JET: A talaj roncsolásához nem csak a nagy sebességű cement-szuszpenziós sugarat használják, hanem sűrített levegővel teszik azt még hatékonyabbá - nagyobb átmérőjű oszlopok készíthetők. -Tripla JET: A talaj roncsolásához levegővel körbevett vízsugarat használnak, mellyel egy időben nyomják a már szétroncsolt talajba a cement-szuszpenziót. Kemény, nehezen erodálható talajban is alkalmazható. Alap megerősítés Gátak vízzáróvá tétele: A JET oszlopokat a rézsűben a csúszó lapot átszúrva kell kialakítani. 47

48 Kút,- és szekrény alapozás Süllyesztett alapozás: az az alapozási eljárás, amikor az építmény terhét a mélyebben fekvő teherbíró talajra, süllyesztéssel eljuttatott közvetítő elemek, az ún. kutak, szekrények viszik át. A kút-, és szekrényszerkezeteket a felszínen készítik el, majd lesüllyesztik a tervezett mélységbe. Külső faluk védelme alatt fejthető ki belsejükből a föld. A kút- és szekrényalapozás között eltérés csak nagyságukban és alaprajzi kialakításukban van. A kutak pontonként támasztják alá az építményt, és a cölöprácshoz hasonló szerkezet fogja össze őket, a szekrény alaprajza azonos az építmény (pl. hídpillér) alaprajzával. 48

49 A kutakat a teherbíró talaj elérése után sovány betonnal, tömörített kaviccsal,stb. töltik ki, majd teherelosztó szerkezetet pl. alaplemez, rács építenek rájuk. Kútalap erőjátéka A kút és nyitott szekrény közös jellemzője az alul és felül nyitott, zárt alaprajzú köpenyfal. Önálló építmény is lehet, ha a köpenyfal által körülhatárolt teret nem töltik ki, hanem a technológiai követelményeknek megfelelően zárják le, és alakítják ki. Pl. víznyerő kutak, szivattyútelepek, szállítóaknák, föld alatti garázsok. Alkalmazási körük: - ha a megfelelő teherbírású talajréteg 4-8 m mélységben fekszik (szekrényalapoknál m mélységig is). - a talaj könnyen kotorható különösen célszerű, ha az alsó réteg kemény kőzet, amelybe szádfal, cölöp nem verhető. - a talaj erősen vízáteresztő, durva szemcsés talajban, ahol a víztelenítés nehézségekbe ütközik. - nagy víztartalmú, finom szemcséjű folyós homok talajban, ahol a talajvízszint süllyesztés veszélyes vagy nehéz lenne. - a talajvíz agresszív a védőszigetelés a víztelenített kútban jól elkészíthető. - nagy munkagödrök körülzárására, nyitott, osztófalakkal kimerevített szekrények. 49

50 A kút- és szekrényalapok szerkezete - az épület terhét átvevő és a kutakra továbbadó áthidaló és elosztó szerkezet pl. vasbeton rács. - a felvett terhet a teherhordó talajrétegre fenékfelületükkel átadó kutak, ill. szekrények. - érdekes alkalmazás: a kutak lesüllyesztése után előre gyártott oszlopokat állítanak beléjük és ezzel együtt betonozzák be. Általában vasbetonból készülnek. Acél süllyesztőszekrényeket agresszív talajvíz esetén használnak. Kivételesen előre gyártott elemekből is építhető kútalap. Két fő részük: - a vágó él - köpenyfal A vágó él a köpenyfal legalsó, megerősített része. Süllyesztés közben ez vágja át az altalajt, és veszi fel, ill. szétosztja az egyenlőtlen felfekvés miatti erőket. Közepes mélység és nem túlságosan kötött talaj esetén vasbeton, nagyobb mélység, nagyobb akadályok esetén acél vágó élt alkalmaznak. 50

51 A köpenyfal feladata a külső talaj és a víz kizárása, valamint a rá ható erők felvétele. Általában henger alakú, de a süllyesztés könnyítésére néhány cm lefelé kúposan bővülő, vagy az alsó szakaszon néhány cm-es beugrással növelt szelvénnyel. A kitöltő anyag általában sovány beton, jól tömörített homokos kavics. Kevéssé vízzáró talajban nyílt víztartás mellett szárazon is betonozható mm szemnagyságú gyöngykavics Süllyesztés: - laza, feltöltött, durva szemcsés, vízáteresztő, vagy kemény kötött vízzáró talajban a földkiemelést kézi, vagy gépi erővel, talajvíz esetén nyílt szivattyúzást alkalmaznak. Süllyesztés folyamata, a földkiemelés sorrendje - finom homok vagy iszaptalajban, a talajvíz szintje alól víz alatti kotrással vagy iszapszivattyúval vízöblítéses módszer. 51

52 Alulról zárt szekrények: nagyobb mélységű élővizekben alkalmazható. Feltétel, hogy a mederfenék megfelelő teherbírású legyen, a műtárgyat ne fenyegesse kimosás vagy aláüregelődés veszélye. Az úszószekrényeket a parton készítik vasbetonból. Úsztatott szekrény beemelése Légnyomásos víztelenítés keszonozás A szekrényalapozásnak az az esete, amikor a talajvizet a felülről zárt szekrénybe, sűrített levegővel tartják távol. Akkor alkalmazzák, amikor az alapozási sík a talajvízszint alá kerül, és a talaj miatt más víztelenítési eljárás nem alkalmazható. A légnyomásos szekrényalapozás elvi elrendezése. 52

53 A felülről zárt munkatérbe zsilipen és aknacsövön keresztül juttatják fel, ill. le a kitermelt, valamint a beépítendő anyagot. Ugyancsak ezen az úton közlekednek a dolgozók. A légnyomásos alapozás előnyei: -a munkálatok során a talaj szem előtt van, bármikor ellenőrizhető -a túlnyomás miatt számottevő víz nem kerül a munkatérbe. Az egyensúlyi helyzet biztosítja a víz nyugalmi helyzetét, elkerülhető a bemosódás veszélye -a talaj kiemelésének még laza talaj esetén sincs akadálya -a nagyobb tömeg miatt a süllyesztés egyenletessé tehető -a szerkezet minden része vízmentes körülmények között építhető meg. -nemcsak függőlegesen lefelé hajtott aknák, hanem vízszintes vagy ferde alagutak építésekor is alkalmazható. Hátrányai: -a gépek és azok állandó üzemeltetése költséges -az emberi szervezetre egészségtelen, veszélyes is lehet -zárt és általában nem nagy munkatérben csak kisméretű gépek alkalmazhatók -a zárt munkatér miatt csak speciális, a levegőt nem szennyező gépek alkalmazhatók. 53

54 Résfalas alapozás A réselt fal talajba mélyített, szakaszokból összeépített folyamatos tábla, különálló pillér, vagy ezek különböző elrendezésű és keresztmetszetű rendszere. Közös tulajdonságuk, hogy keresztmetszeti méreteik harmadik mélységi méretükhöz képest csekélyek. A rendszer építési módja a résiszap védelme alatti réselés. Réselés menete: résvezető gerenda készítése réselés zaggyal való megtámasztás vasszerelés elhelyezése betonozás A résmegtámasztó résiszap betonitból (kolloid szemcséjű agyag), vízből és esetleg fajsúlyt növelő baritból (súlypát) áll. A résiszap feladata: -a talajvíz áramlás megakadályozása -a rés oldalfalainál ható víznyomás és földnyomás ellensúlyozása. Alkalmazása akkor gazdaságos, ha egyúttal munkatér-elhatárolásra, ill. szigetelésre is használható. 54

55 A folyamatos résfalat rövidebb szakaszokban építik itt markolással Réselések szélessége: cm Egyszerre elkészített réspillér hossza: 8-10 m Résmélység: 6-30 m Réselés 55

56 Vasalás elhelyezése Titánia rendszerű réselés marással A réselt falakba általában acélbetéteket is elhelyeznek. A rácsszerűen összeszerelt és átlós betétekkel kellően merevített acélkosarakat rendszerint egy összefüggő darabban, daruval emelik be a résbe. Betonozása betontölcsérrel történik, miközben a zagy kiszorul a résből. 56

57 Résalap előnyei: kialakítás variálható nagy teherbírás, kis süllyedés vízszintes és függőleges teherviselés is nincs szükség talajvízszint süllyesztésre tetszés szerinti mélység nem kell zsaluzás, dúcolás zaj és rázkódásmentes a felszerkezettel jól összekapcsolható Nem alkalmazható, ha: talaj nem fejthető (pl. márga) régi épületmaradványok, közművek vannak üregek, pincék vannak résállékonyság nem biztosítható (puha agya, folyós homok) 57