Töltésépítési veszélyek, nehézségek

Töltésalapozás I.

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

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

Stabilitásvizsgálat

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

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

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

Süllyedés- és konszolidációszámítás

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

konszolidációs fok % Az elméleti konszolidációs görbe 10 0 20 40 60 80 100 0 0,2 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

Kritikus területek Magyarországon

Kritikus területek Magyarországon 12

Kritikus talajok 13 Tőzeg drénezetlen nyírószilárdság kb. 10-15 kpa összenyomódási modulus kb. 500 1000 kpa jelentős másodlagos összenyomódás Térfogatváltozó agyag drénezetlen nyírószilárdság kb. 15-20 kpa összenyomódási modulus kb. 1000 2000 kpa másodlagos összenyomódás Telített, puha állapotú finomszemcsés talaj ((mész)iszap) drénezetlen nyírószilárdság kb. 10-15 kpa vízérzékenység magas mésztartalom

Töltésalapozási irányelvek

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

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

Építésszervezési megoldások

Lépcsős építés 18 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 idő hónap -20 20-40 40 süllyedés cm -60-80 60 80 drénezetlen nyírószilárdság kpa

Többlettöltés 19 töltésmagasság m 20 10 0-10 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 idő hónap -20-30 -40-50 süllyedés cm -60-70 -80

Szerkezeti megoldások

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)

Geohab-töltés 22

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

Előzetes talajjavítások

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

Mélytömörítéses módszerek

Mélytömörítési eljárások 27

Vibrációs mélytömörítés

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

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

Vibrációs mélytömörítés 31

Vibrációs mélytömörítés 32

Vibrált kőoszlop

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

Vibrált kőoszlop 35

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.

Kavicscölöpözés 37 Talajkiszorításos eljárás Vibrációs célszerszám Üreg kiemeléses technológia Eszköz átmérő kb. 40 cm Cölöpátmérő kb. 50 100 cm Kitöltőanyag =35.40 Habarcsosítás Geoműanyagos hengerpalást Vízelvezetés-teherelosztás Átboltozódás

Kavicscölöpözés 38

Dinamikus konszolidáció

Dinamikus konszolidáció 40 8 20 tonnás tömegek 10 20 m magasságból való ejtegetése hatásmélység függ a talajtól és ejtési energiától, kb. 5 10 m tételezhető fel.

Dinamikus konszolidáció 41

Dinamikus talajcsere

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

Dinamikus talajcsere 44

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)

Dinamikus talajcsere Soil Cons 46

Talajjavítás kötőanyagbevitellel

Mélykeverés

Mélykeveréses technológiák 49 Oszlopszerű mélykeverés Tömegstabilizálás résszerű mélykeverés

Mélykeverés - Oszlopszerű 50

Mélykeverés - Oszlopszerű 51

Mélykeverés - Tömegsabilizálás 52

Mélykeveréses technológiák 53

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

Betoncölöpözés

Betoncölöpözés 56 Menard CMC

Egyéb módszerek

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.

Függőleges szalagdrének 59 20-30 m magas vezetőszerkezet excavátorra erősítve acélcső : szállítja a drént az altalajba mélység=acélcső hossz kihorgonyzás saruval

Függőleges szalagdrének 60

Módszerválasztás

Módszerválasztás 62

Töltésalapozások tervezése

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

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

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

Hagyományos elmélet Állékonyságvizsgálat 67

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 0,00 0 50 100 150 200 250 Time [day] Chart 1 Point A Point B Point C Point D Point E

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

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

Minőségellenőrzés

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?

Minőségellenőrzés 73

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

Süllyedésmérés 75

süllyedés (cm) töltés (m) Építés közbeni süllyedésmérés 76 M7 autópálya 135+425 kmsz. töltés-süllyedés mérés 10,0 1 mérés (2003.09.16.) 0,0-10,0-20,0-30,0 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) -40,0-50,0-60,0 0 10 20 30 40 50 60 A pont távolsága a mérőhelytől (m) 8 mérés (2004.06.25.) 9 mérés (2004.07.27.) 10 mérés (2004.08.28.) 11 mérés (2004.09.26.)

süllyedés (cm) töltésmagasság (m) Építés közbeni süllyedésmérés 77 M7 autópálya 136+200 töltés-süllyedés 10 5 0 bal váll -10 tengely -20 jobb váll -30 töltés over-filling 0,45 m -40-50 -60 2004-70 5.29 7.28 9.26 11.25 1.24 3.24 5.23 7.22 9.20 11.19 idő

s (mm) Süllyedés előrejelzés Varga 78 konszolidáció előrejelzés - Varga t (nap) 200 300 400 500 600 60 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

s (mm) Süllyedés előrejelzés Szepesházi 79 konszolidáció előrejelzés - Szepesházi 200 300 400 500 t (nap) 600 60 s o 80 t=145 s 1 mért adatok 100 120 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

s (mm) Süllyedés előrejelzés Asaoka 80 konszolidáció előrejelzés - Asaoka 200 300 400 500 t (nap) 600 60 80 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 5 120 s6 s 7 140 s max 140 120 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 80 60 45 60 80 100 120 140 s i-1 (mm)

t/s (nap/mm) Süllyedés előrejelzés hiperbólikus közelítés 81 2 hiperbólikus s-t függvény t (nap) 200 300 400 500 600 3 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 Esettanulmány M7 autópálya Balatonszárszó - Ordacsehi

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 75 90 0,83 Konszolidációs idő t T H c v 2 434nap szétcsúszás n cu L E a 90 1,45 62 oldalkitérés n 4 cu H 60 90 0,66

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 5,14 24 1,5 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.

süllyedés (cm) töltés (m) Süllyedésmérési eredmények 85 10 5 M7 autópálya 136+200 kmsz.-ben töltés-süllyedés 0-10 -20 bal váll tengely jobb váll -30 töltés túltöltés 0,45 m -40-50 -60-70 2004 5.29 7.28 9.26 11.25 1.24 3.24 5.23 7.22 idő 9.20

FEM Építési fázisok 86 0 - geoműanyag + szemcsés réteg 1 - töltésépítés 2 m - ig 2-200 nap konszolidáció 3 - töltésépítés 4m - ig 4-200 nap konszolidáció 5 - túltöltés 6-90 nap konszolidáció 7 - túltöltés visszaszedése 8 - pályaszerkezet építése 9 - konszolidáció 10 forgalmi teher 11 - végállapot

Végállapot deformált háló, mozgás vektorok 87

Függőleges irányú elmozdulás végállapotban 88

Vízszintes irányú elmozdulás végállapotban 89

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

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 0,0 0 200 400 600 800 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

biztonsági tényező Biztonsági tényezők biztonsági tényezők 92 5 4 3 2 1 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 idő (nap)

Pórusvíznyomás változása a tőzeg közepén 93 Active PP [kn/m2] -5,0-10,0-15,0-20,0-25,0-30,0-35,0-40,0-45,0 0 200 400 600 800 Time [day]

Vízszintes irányú mozgás az 1. építési fázis után 94

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 Esettanulmány Zalavasút II.

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

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.

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 3 10-7 m/s soft clay E s 2,2 MPa k 5 10-9 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

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

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 0,00 0 200 400 600 800 Time [day]

Állékonyságvizsgálat - Plaxis 102

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

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

Modellezés Plaxis programmal 105 stratas h sat E oed ref c ref λ * κ* (m) kn/m 3 MPa kn/m 2 - - crushed gravel 0,6 25 70,0 40,0 1 embankment 5,0 20 20,0 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)

Soft Soil Model 106 - 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 * 2 3 1 E ur p

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

Függőleges mozgások árnyékképe 108 s=28 cm

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 0,00 0 50 100 150 200 250 Time [day]

Állékonyságvizsgálat 110 n=1,64

Helyszíni süllyedésmérési eredmények 111

Cellamatrac szerelése 112