A mélyalapozások sajátossága, fajtái, története A mélyalapozások az épületek terheit közvetítő elemekkel - kút, szekrény, cölöp - adják át a mélyebben fekvő teherbíró talajrétegre. Változatai: -
kút- és szekrényalapozások, cölöpalapozások, résfalas alapozás.
A mélyalapozások története egyidős az építés történetével, már az ókorban is ismerték. A középkorban hídépítéseknél a mederfenékre készített kőszórásra építettek támaszkodó pilléreket, később cölöpalapozást alkalmaztak és megjelentek a süllyesztő-szekrények is. Teherviselő süllyesztőszekrényre először az angolok építettek vasúti hidat. A fából, acélból, kőből majd betonból, vasbetonból készített süllyesztőszekrényeket mérnöki létesítmények alapozásához használták.
• •
•
•
•
Épületlapozásra először 1840 körül, Berlinben használtak kutakat. A kezdetekkor a talaj fejtése kézi módszerekkel (bödönökkel, kapákkal) történt, később légnyomással (Loire-völgyi szénbányák: 1839-41), nyomás alatti vízsugárral (Mississippi-híd: 1887). 1846-ban találták fel a cölöpverőt, aminek következtében a süllyesztőszekrényes alapozás egyre inkább háttérbe szorult. A XIX. században 10 - 12, esetenként 20 méteres cölöpöket tudtak készíteni, de a század második felében épült Nantes-i Loire-híd már 30 méteres cölöpökre támaszkodott. A század végén Kolumbiában 50 cm átmérőjű, 40 m hosszú cölöpöket építettek be. A mélyalapozások legfiatalabb változata a résfal, melyet eleinte munkagödör-lehatárolásra használtak, s csak az utóbbi három évtizedben terjedt el alapozási szerkezeteként való alkalmazása. Magyarországon 1857-ben a szegedi Tisza-híd légnyomásos alapozással készült. A Margit-híd 1872-76-ban négyszög alaprajzú szekrényalapokra épült.
Kút- és szekrényalapozás A két alapozási mód közös vonása, hogy mindkettő süllyesztéssel készül. A különbség abban van, hogy a kútalap az építményt pontonkénti támasztja alá, a szekrényalap épületméretű, teljes felületre kiterjedő alépítmény. A készítés módja szerinti változatok: önsúllyal, pótteherrel süllyesztett (nyitott), légnyomásos módszerrel süllyesztett (munkakamrás), vékonyfalú (vibrálással, sajtolással lejuttatott), valamint úsztatott (élővízben végzett) kút- és szekrényalapozás.
Alkalmazásukra sor kerül: • könnyen kotorható altalajban, kemény (szikla) teherbíró réteg felett, amikor cölöpözés nem készíthető, • erősen vízáteresztő, durva szemcsés talajban, ahol a vízzárás csak nehezen biztosítható, de lehet szivattyúzni, • vízdús finomszemcséjű talajban, ahol nem lehet szivattyúzni, • nagymélységű alapok esetében, ha a talaj könnyen kotorható, vagy zagy alakjában szivattyúzható, • munkagödör-lehatárolásra, ill. térszint alatti építmények kialakítására (nagyméretű szekrényalapok esetén). A kút- és szekrényalap részei: • a vágóél és vágóél-koszorú, melyek feladata a talajrétegek átvágása, egyenlőtlen felfekvés esetén a teherelosztás (minél szilárdabb a talaj, annál hegyesebb, annál merevebb, de általában nem hegyesebb 35 foknál) • a köpenyfal, mely földnyomásra, víznyomásra, süllyesztési igénybevételekre méretezett szerkezet (alakja henger; a talaj lazítása céljából: kúpos henger; a súrlódási ellenállás csökkentése érdekében: kiugró vállas henger tixotróp zagy, gördülő kavics mögétöltéssel)
A kútalapozás készítésének fázisai : • a kút előregyártása, • süllyesztés földkiemeléssel, • a fenéklemez beépítése, • a kút kitöltése, • a teherátadó (gerendarács, lemez) szerkezet elkészítése.
A kút süllyesztése történhet: a. víztelenítés (nyílt-víztartás) mellett kézi eszközökkel, b. víz alól történő kotrással markoló kotróval, c. vedersoros kotróval, d. zagyszivattyúzás sal.
Cölöpalapozás A cölöpök talajban lévő, függőleges vagy ferde helyzetű tartók, melyek az építmény terheit a mélyebben fekvő talajrétegekre adják át . Alkalmazásukra akkor kerül sor, ha: • a teherbíró talajréteg mélyen fekszik, a felső rétegek teherbírása nem elégséges, • az alapsík alatti talajrétegekben kimosás, kiüregelés, vagy az elcsúszás veszélye áll fenn, • a talajvíz szintje magas, • az épület süllyedés-érzékeny, nem elég merev, a süllyedés mértékének csökkentése szükséges, • az építmény nagy kiterjedésű, terhei nagyok, a terhek eloszlása nem egyenletes, • más mélyalapozás nem jöhet szóba.
A cölöpalapozás részei: • a cölöpök, melyek átadják a terheket a talajnak, • cölöprács, mely átadja az építmény terheit a cölöpöknek, (gerendasor, gerendarács → fejgerenda, lemez) A készítés módja szerint elkülöníthetők: • az előregyártott és • a helyszínen készített cölöpök. A teherátadás módja szerint: • a támaszkodó cölöpök a csúcson, • a lebegő cölöpök a köpenyen és a csúcson adják át a terhet a talajnak. A terhelés módja szerint a cölöpök lehetnek: • nyomott, • hajlított, • húzott szerkezetek. Anyaguk szerint készülhetnek: • fa, • acél és • beton, vasbeton (feszített vasbeton) cölöpök.
Cölöpkészítési eljárások áttekintése Készítési mód
Szerkezet
Talajkiszorítással
− 1. Előregyártott (fa, acél, vasbeton, − − feszített beton) −
2. Helyben készített (beton, vasbeton)
−
Talajkiemeléssel
vert, vibrált, csavart, sajtolt
− −
öblítéssel lehajtott, fúrt lyukban elhelyezett
vert (köpenycsővel vagy a nélkül)
−
fúrt (béléscsővel vagy a nélkül), résiszappal dúcolt fúrt lyukba, fúrt lyukba beeresztett adalék utólagos injektálásával
− −
Facölöpök A facölöpök a legrégebben alkalmazott szerkezetek. Régen tölgy ma fenyő anyagból készülnek, a korrózióvédelem telítéssel történik. A cölöpcsúcs és a cölöpfej is vasalt, a verési igénybevétel felvétele érdekében. Facölöpök közelítő méretei: Hossz [m]
Átmérő [cm]
4
25
6
30
>6
növekedés 1cm/m
Nagyobb igénybevételek esetén a cölöpöket kötegelve telepítik.
Acélcölöpök Acélcölöpöket a 20. század elejétől alkalmaznak, ma már elsősorban ideiglenes létesítmények esetén Előnyei: könnyen szállítható, toldható és visszahúzható. Hátrányai: drága, kisebb a köpenysúrlódása, korrózió-érzékeny. (A korrózió előrehaladása: édesvízben 5 mm/100 év, tengervízben 7,5 mm/100 év. A megelőzés a szabadon maradó részeken bevonat készítésével, a víz alatti részeken katódos védelemmel illetve kátránykenéssel történik.) A változatok: • acélcső (leverve és kibetonozva), • melegen hengerelt „I”, „U”, stb. szelvények, • különleges profilok
Vasbeton cölöpök A két fő csoport: az előregyártott és a helyszínen készített cölöpök. Az előregyártott vasbeton cölöpök jellemzése: • vasöntvény vagy acéllemez csúccsal rendelkeznek; • négyszög, háromszög stb. keresztmetszettel, méretezett vasalással készülnek; • normál és feszített (elő- vagy utófeszített) változatban készíthetők; • a feszített cölöpök kisebb súly mellett ugyanolyan teherbírással rendelkeznek, a mozgatás során jelentkező hajlító-igénybevételt képesek felvenni, verésük könnyebb, mindez hajlításra igénybevett cölöpöknél különös jelentőséggel bír; • a cölöpöket veréssel juttatják le, ha a felső talajrétegek lazák, a verési ellenállás kicsi; • ha nincs túl hosszú cölöpre szükség (l < 20 m); • tilos a cölöpverés, ha az a talaj szerkezetét roncsolhatja.
Az előregyártott vasbeton cölöpök előnyei: • megbízható anyagminőség; • egyszerű építés; hátrányai: • a mozgatás, szállítás nehézségei (többlet-igénybevétel → többletvasalás, sérülésveszély) • előre megszabott hossz (a fejet általában utólag levésik, vagy űzővel továbbverik és a cölöpöt toldják)
A helyszínen készített vasbeton (beton) cölöpök készítési elve az, hogy veréssel vagy fúrással lyukat készítenek, amelyet kibetonoznak. A cölöpök készíthetők: 1. talaj-kiszorítással (talajkiemelés nélkül): •köpenycső nélkül; •elvesző, bennmaradó köpenycsővel, illetve •visszanyert köpenycsővel (ilyen pl. a FRANKI cölöp); 2. fúrt lyukban: •béléscső védelme mellett (ilyen pl. a BENOTO cölöp) vagy •béléscső nélkül; 3. résiszappal dúcolt fúrt lyukakban, vagy 4. előre elkészített lyukba beeresztett adalékanyag kiinjektálásával. A helyszínen készített cölöpök előnyei: • anyaga és szelvénye alkalmazkodik a talajrétegződéshez, • a talajviszonyok tökéletesen megismerhetők, • elmarad a gyártás és szállítás (kevesebb az acélbetét és az energia-ráfordítás), • köpenycső nélkül és visszanyert köpenycső esetén a teherbírás nagyobb, mert az anyag oldalt behatol a talajba, • a hagymafej a húzó-igénybevételekre is kedvező.
Résalapozás Az építmények terheit résfalak adják át a mélyebben fekvő talajrétegekre. Meghatározott szintről indulva, résiszap (zagy) védelme alatt, a talajba függőleges, mély rést készítenek, amit a résiszap egyidejű kiszorítása mellett vasbeton szerkezettel töltenek ki. A résfal feladatai: • a munkagödör lehatárolása, • a partfal, illetve a szomszédos épületek alapjainak megtámasztása, • alapozás, • pince határoló fala, • talajnedvesség (talajvíz) elleni védelem, • szigeteléstartó fal. A résfal és az épület teherhordó szerkezete, valamint nedvességvédelme között szoros összefüggés van. A jellemző alapesetek: • az épület a résfaltól független (annak kontúrjain belül mintegy „dugattyúként” működik), • a résfal az épület külső kontúrja mentén teherhordó szerkezetként szolgál, vízzáró betonból készül, így egyúttal a szigetelés feladatát is ellátja (ez az ún. weiße Wanne), • az épület külső kontúrja mentén elhelyezkedő teherhordó szerkezetek a résfalra támaszkodnak, arra mintegy „kikönyökölnek”.
A résfal megépíthető • egymásba metsző, vagy érintkező réscölöpök sorából (ez az európai fejlesztések útja), illetve • réstáblákkal (ez az amerikai változat). A résfal elkészülte után kitermelik a munkagödörből a talajt. Építés közben a résfalak állékonyságáról gondoskodni kell: • kisebb épületméretek esetén ez történhet a sarkok átlós kitámasztásával, • a nagy magasságú és hosszú résfalak azonban hátrahorgonyzást igényelnek. • A felmenő szerkezet - megépítése után – már biztosítja a résfalak kimerevítését, ezzel a horgonyok szerepe megszűnik, így felszámolhatók (oldhatók). A résfal előnyei: • bármilyen talajban, a talajvízszinttől függetlenül készíthető, mélysége csak az alkalmazott géptől függ, • jól gépesített, • építésekor nincs zaj és rázkódás, szemben a hagyományos mélyalapozási módokkal, • telekhatáron, épületek közvetlen közelében (zárt sorú beépítésnél) építhető, • alaprajza szabadon alakítható, • a munkaterület kialakítása egyszerűbb. Hátrányai: • a felület minősége nem mindig megfelelő, többnyire utómunkákat igényel, • a résiszap okozta szennyeződéseket el kell távolítani, • bizonyos esetekben előkészítő munkákra van szükség (pl. nyomás alatt vízadó rétegeknél, rosszul tömörített feltöltésben, feltáratlan csatornák, üregek környezetében).
