Töltésalapozások technológiája és tervezése 1
Töltésépítési veszélyek, nehézségek Talajmechanikai problémák Állékonyságvesztés Süllyedés Technológiai problémák A felszín lecsapolása Felszín letermelése Munkagépek mozgatása 2
Rotációs mozgás Talajmechanikai problémák Töltés Süllyedés Puha altalaj Nagymértékő, egyenlıtlen és idıben elhúzódó süllyedés az altalaj összenyomódása miatt 3
Alaptörés vizsgálata A három legismertebb módszer : csúszólapos határegyensúlyi vizsgálatok képlékenységtani számításokon alapuló eljárások véges-elemes módszerek 4
Alaptörés vizsgálata csúszólapos határegyensúlyi vizsgálatok rézsőállékonsági probléma módszer függ a csúszólap alakjától lamellás módszer 5
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
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
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
Szétcsúszás közelítı eljárás E a H T L E a = 0,5 H 2 K a ρ g < T = c u L 9
Kitolódás képlékenységtani megoldás 10
Süllyedés 11
süllyedési jelleggörbék 12
azonnali süllyedés (telítetlen talajok) konszolidációs süllyedés Süllyedés a másodlagos összenyomódásokból származó süllyedés konszolidáció t (min) 1,5 2 0,1 1 10 100 1000 10000 100000 h o t50 s = h á ρ g E s h o 2,5 h 50 t100 3 h 100 - elsıdleges konszolidáció h (mm) 3,5 4 13
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
Lineáris tehernövekedés figyelembe vétele - Schiffman 5 s (cm) teher 0-5 -10-15 t é τ=c v /H 2 t é hónap -20-25 15
Az elméleti konszolidációs görbe konszolidációs fok κ % 0 20 40 60 80 100 0 0,2 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
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
Balaton - peat time t óra 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 2 4 6 strain ε % 8 10 12 14 16 18 probe / stress in kpa 1/25 1/100 2/25 2/100 3/25 3/100 4/25 4/100 20 1 day 1 week 1 month 2 month 18
Töltésalapozási eljárások irányelvei 19
Töltésépítés kedvezıtlen altalajon A feladat kikerülése Építésszervezési megoldások Szerkezeti megoldások Elızetes talajjavítások 20
Töltésépítés kedvezıtlen altalajon A feladat kikerülése helyszínrajzi elkerülés talajcsere (teljes, részleges) kiemelés hídra 21
Töltésépítés kedvezıtlen altalajon Építésszervezési megoldások legegyszerőbb és legkisebb többletköltségeket igénylı megoldását lépcsıs építés többlettöltés (elıterhelés) 22
Lépcsıs építés töltésmagasság m 60 40 3,0 2,0 biztonság 20 1,0 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 idı hónap -20 20-40 40 süllyedés cm -60-80 60 80 drénezetlen nyírószilárdság kpa nagy az alaptörés veszélye, bıséges építési idı 23
Többlettöltés töltésmagasság m 20 10 0-10 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 idı hónap -20-30 -40-50 süllyedés cm -60-70 -80 Alkalmazás : a süllyedés lezajlását kell gyorsítani, nincs talajtörési veszély 24
jellemzık talaj w E s τ u % MN/m 2 KN/m 2 tızeg 200-300 0,7 13-25 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
Süllyedésmérési eredmények süllyedés (cm) töltés (m) 10 5 0-10 -20-30 -40-50 M7 autópálya 136+200 kmsz.-ben töltés-süllyedés bal váll tengely jobb váll töltés túltöltés 0,45 m -60-70 2004 5.29 7.28 9.26 11.25 1.24 3.24 5.23 7.22 idı 9.20 26
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
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 0,0 0 200 400 600 800 Time [day] 28
Töltésépítés kedvezıtlen altalajon Szerkezeti megoldások töltésmagasság optimalizálás laposabb töltésrézső (nyomópadka) töltéssúly csökkentése geomőanyagok alkalmazása 29
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
Tipikus geohab-töltés 31
geomőanyagok alkalmazása talajtörés és szétcsúszás elleni védelem az általuk felvett húzóerı akadályozza a töltéstest elmozdulását a süllyedéseket nem befolyásolják 32
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
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
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
Geocellák töltésalapozáshoz 37
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
Töltésépítés kedvezıtlen altalajon Elızetes talajjavítások - talajcsere - függıleges drénezés - mélytömörítés, dinamikus konszolidációval - kavicscölöpözés - dinamikus kezeléssel készült kıtömzsök - betoncölöpözés 39
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
Függıleges szalagdrén t ö l t é s agyag talaj szemcsés talaj 41
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
Függıleges drének lemélyítése célgéppel 20-30 m magas vezetıszerkezet excavátorra erısítve acélcsı : szállítja a drént az altalajba mélység=acélcsı hossz kihorgonyzás saruval 43
mőanyag geoszalagdrének (bíztosítják a vízelvezetést, a mechaniakai ellenálást) 50 cm vastag szívárgó paplan 44
Függıleges drénezés (vákumrásegítéssel) 45
Talajjavítás mélytömörítéssel 46
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 10 20 m magasságból való ejtegetése a hatásmélység nagyban függ a talajtól és ejtési energiától, kb. 5 10 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
Mélyvibráció 48
Dinamikus konszolidáció 49
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
52
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
Soil CONS 54
55
Betoncölöpözés 56
57
Tervezési kérdések 58
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
A kavicscölöp süllyedéscsökkentı hatása 60
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 0,00 0 100 200 300 400 500 Time [day] 61
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
HELYSZÍNI MÉRÉSEK ÉPÍTÉS ALATT ÉS S UTÁN 63
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
Süllyedésmérés 66
Építés közbeni süllyedések M7 autópálya 135+425 kmsz. töltés-süllyedés mérés süllyedés (cm) töltés (m) 10,0 0,0-10,0-20,0-30,0-40,0-50,0 1 mérés (2003.09.16.) 2 mérés (2003.11.06.) tervezett töltés 3 mérés (2004.01.03.) 4 mérés (2004.02.20.) 5 mérés (2004.04.08.) 6 mérés (2004.04.30.) 7 mérés (2004.05.27.) túltöltés (0,90 m) 8 mérés (2004.06.25.) 9 mérés (2004.07.27.) 10 mérés (2004.08.28.) -60,0 0 10 20 30 40 50 60 A pont távolsága a mérıhelytıl (m) 11 mérés (2004.09.26.) 67
Süllyedésmérési eredmények M7 autópálya 136+800 kmsz. töltés-süllyedés 10 töltésmagasság H m 0-10 0 10 20 30 40 50 60 70 A pont távolsága a mérıphelytıl L m -20-30 -40 süllyedés s cm -50 68
Süllyedésmérési eredmények Zalacséb-Salomvár vasútv. 119+50 kmsz.-ben töltés-süllyedés 4 abszolút süllyedés (cm) töltés (m) 2 0-2 -4-6 töltés bal váll tengely jobb váll -8 3. 29. 2005 4. 28. 5. 28. 6. 27. 7. 27. 8. 26. idı 69
Kezdeti süllyedések 12 hónap 0 1 2 3 4 5 6 10 8 s (cm) 6 4 mért adat becsült 2 0 70
A konszolidáció elırejelzése 1986 1987 idı év hónap nap 9. 1. 10. 1. 11. 1. 12. 1. 1. 1. 1. 31. 3. 3. 4. 2. 5. 3. 6. 2. 7. 3. 8. 2. 9. 2. 140 mért adatok 160 késıbbi mérések süllyedés mm 180 200 220 új terhelés helyes értelmezés jó elırejelzés Polinom. téves értelmezés ( téves) Polinom. rossz elırejelzés (ros) 240 71
Elırejelzés konszolidáció elırejelzés - Varga t (nap) 200 300 400 500 600 60 s o 80 α 0 t mért adatok kezdı érintı 100 vég érintı s s (mm) 120 140 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
Elırejelzés konszolidáció elırejelzés - Szepesházi 200 300 400 500 t (nap) 600 60 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 2 140 a végérintôk hajlása helyett a vizsgált szakaszt megfelezve az így kiadódó idônövekményhez tartozó két süllyedésnövekményt olvassuk le 73
konszolidáció elırejelzés - Asaoka 200 300 400 500 t (nap) 600 60 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 5 120 s 6 s 7 s (mm) 140 140 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 60 45 60 80 100 120 140 s i-1 (mm) 74
Elırejelzés 2 hiperbólikus s-t függvény t (nap) 200 300 400 500 600 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
Térbeli változás 76