Alépítmény. Válogatott fejezetek, esettanulmányok

Alépítmény Válogatott fejezetek, esettanulmányok

A meszes stabilizáció lehetőségei (Útügyi napok)

Biztonsággal tervezhető folyamatok és eredmények meszes talajstabilizálással.

Útépítés - alépítmény

3

Tervezési célok A beruházói igények kielégítése, vagyis: • Költség/eredmény mutatók optimalizálása • A kivitelezési idő és kockázat minimalizálása • A várható karbantartási periódus optimalizálása • Ugyanakkor egyre hangsúlyosabban a környezetvédelmi szempontok figyelembe vétele Útépítés - alépítmény

4

Nemzetközi tapasztalatok Meszes talajstabilizálás USA 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0

Sold

19 60 19 72 19 74 19 76 19 78 19 80 19 82 19 84 19 86 19 88 19 90 20 01

Thousand Metric tons

Lime sold in USA for Soil stabilization

Year Útépítés - alépítmény

5

Nemzetközi tapasztalatok Meszes talajstabilizálás Csehország Thousand metric tons

Czech Rep. 60 40 Czech Rep. 20 0 Czech Rep.

1995 1996 1997 1998 1999 2000 1

7

10

21

35

56

Year


6

Mikor alkalmazható a meszes stabilizáció? • Beépítésre - átalakítás nélkül - alkalmatlan kötött talajok előfordulása esetén a helyben maradó talaj alkalmazásával kialakított töltésalapozások, feltöltések és útpályaszerkezetek alaprétegeinek tervezése és kivitelezése esetén. • Amennyiben az építési munkák során, többnyire azok megkezdésekor a vártnál nagyobb a feltárt talaj nedvesség tartalma, ami késlelteti a munkák megkezdését. • A munkaterület elérése érdekében gazdaságosan megépíthető felvonulási utak tervezése és kivitelezése során. Útépítés - alépítmény

7

A talajban végbemenő változások CaO+H2O= Ca(OH)2


8

A meszes stabilizáció során végbemenő kémiai reakciók. Flocculation/Agglomeration

A kezeletlen agyagoknak a polimerekhez hasonló molekuláris struktúrája van, ami nagyfokú plaszticitással párosul. Ez a struktúra nagymennyiségű vizet képes magába zárni, negatívan befolyásolva az anyag tömöríthetőségét.

Flocculation/Agglomeration

Agyag szemcsék a meszes kezelés után

Kezeletlen agyag szemcsék A meszes kezelés hatására nem csak a kötött vízburok mérete változik meg, hanem az agyag szemcsék elrendeződése is. A párhuzamos elrendeződésű agyagszemcsék magas deformitási hajlamot eredményeznek, míg a „fejvég” elrendeződés, mely a mész hatására jön létre, a deformitási szilárdság növekedésével jár.


9

Talajstabilizálás mésszel - a folyamat • A végbemenő folyamat: A mész és a talaj szilikát és aluminát részecskéi egymással reakcióba lépve cementes kötést hoznak létre. Ez a PUCCOLÁN REAKCIÓ, melynek során az agyagos talajok jól tömöríthető morzsalékos anyaggá válnak.

Puccolán Reakció CA (OH ) 2

CA (OH ) 2

Agyag szemcsék 2 3 2 CA (OH ) 2

A puccolán reakcióból származó cementes anyag CA (OH ) 2

Kálcium hidroxid

[C-S-H and C-A-H] Útépítés - alépítmény

10

STABILIZÁLÁS - talaj fajták A stabilizálás lehetősége a talaj szemszerkezetének függvényében % HOMOK

100

ISZAP

Mész + pernye/ kohósalak keverékével; hidraulikus kötőanyaggal stabilizálható

90 80 70 60 50 40

AGYAG

Mésszel stabilizálható frakció

30 20 10 0

0,5

0,1

0,05

0,02

0,01


0,002

0,0002

11

STABILIZÁLÁS - a talaj víztartalma A mésszel való stabilizálás alapanyagai: • Őrölt, égetett építési mész (CaO), • Porrá oltott mész (Ca(OH)2), • Oltott mészpép. Őrölt, égetett mész (CaO),

w >> wopt

Porrá oltott mész (Ca(OH2),

Oltott mészpép

w ~ wopt

w < wopt


12

Talajstabilizálás mésszel- plasztikus index • Amennyiben a talaj plasztikus indexe Ip≥15%, a mésszel való kezelés jelentős teherbírás növekedéssel jár • Ha ennél alacsonyabb, 8% ≤Ip< 15%, a várható teherbírás növekedés kisebb mértékű lesz. • Minden egyéb esetben a meszes kezelés szárító hatásával lehet tervezni. Útépítés - alépítmény

13

Talajstabilizálás mésszel - szerves anyag tartalom • Ha a talaj szerves anyag tartalma 5 % alatti, az eljárás alkalmazható, azonban 2 % és 5 % közötti szerves anyag tartalom esetén az adagolt mész mennyiségét meg kell növelni. • 5 % feletti szerves anyag tartalom esetén az eredmények a szerves összetevők bomlása miatt középtávon visszaesnek, tehát a humusz leszedésére figyelmet kell Útépítés - alépítmény 14 fordítani.

A STABILIZÁLÁS hatása Égetett mészporral stabilizált kövér agyag 3,0

60

V í Z T A R T A L O M %

50

40

Wl 30

Wp 20

Ip 10

0 0

2

4

6

MÉSZADAGOLÁS

8

10

N Y O M Ó S Z I L Á R D S Á G

28 nap

2,5

14 nap

2,0

7 nap 1,5 4 nap 1,0 2 nap 0,5

1 óra

0,0

N/mm2

0

töm. %

2

4

6

8

MÉSZADAGOLÁS


10

töm. %

15

Kövér agyag proctor-görbéi mész nélkül és 3 % égetett mész adagolással S Z Á R A Z T É R F

1,90 3 dmax=1,83g/cm

3 dmax=1,81g/cm

1,85

Mész nélkül 1,80

1,75

S 1,70 Ű R Ű 1,65 S É G 1,60 g/cm3

3% égetett mésszel

Wopt=15,5% 13

14

15

16

17

Wopt=20,5% 18

VíZTARTALOM

19

20

21

22

23

24

25

% Útépítés - alépítmény

16

Tömörítési és teherbírási értékek változása Proctor 0% mész d,max 3

Kg/m

CBR

2% mész

wopt

d,max 3

wopt

3%mész d,max 3

wopt

%

Kg/m

%

Kg/m

%

17,2 Áztatás után

1702 Áztatás előtt




%

%

%

%

%

%

17

14

22

29

26

41



17

Tárcsás vizsgálatok eredményei E2modulus változása; Miskolc Bosch csarnok Őrölt égetett mésszel kevert talaj teherbírása Az altalaj teherbírása a stabilizálás előtt

70 60

[N/mm2]

Teherbírási modulus E 2

80

50 40 30 20 10 0 0

10

20

30

40

50

Vizsgálat sorszáma


60

70

80

90

18

A kivitelezés időigénye- szállítási igény meghatározása A. Talajcsere: Kiemelt föld a depóniára: 0,4 m x 10.000 m² x 1,9 to / m³ =

7.600 to

Új anyag: 0,4 m x 10.000 m² x 2,0 to / m³

=

8.000 to

Összes anyagszállítás

=

15.600 to

Összes szállítási igény ( 15 to/tgk.)

=

1.040 Tgk.

B. Talajstabilizálás: Mész hozzáadagolás (kb. 5 %) 0,4 m x 10.000 m² x 2,0 to / m³ x 0,05

=

400 to

Összes szállítási igény ( 15 to/tgk.)

=

27 Tgk.

97% -al kisebb szállítási igény Útépítés - alépítmény

19

A kivitelezés időigénye- átfutási idő összehasonlítása A. Talajcsere: Talaj kitermelése ( 2 db nagyteljesítményű kotró )

=

5 nap

Talaj visszaterítése, tömörítése

=

4 nap

Összes átfutás

=

9 nap

B. Talajstabilizálás: Stabilizációs réteg építése komplett (5000 m²/nap)

=

2 nap

Összes átfutás

=

2 nap

77% -al kisebb finanszírozási igény Útépítés - alépítmény

20

M0 délnyugati szakasz szélesítése, alépítmény

Bevágás építés törőfejes kotróval


22

Törő és roppantó fejes kotró


23

Lépcsős kialakítású bevágás fejtés


24

Bevágás fejtés


25

Talaj ill. kőzet viszonyok • A szakaszok területén miocén korú, partszegélyi keletkezésű (félig sós) durva mészkő található. A kőzet keletkezéséből fakadóan változatos kifejlődésű, melyeket jól reprezentálnak a közbetelepült agyag, riolittufa rétegek is. A feltárásokból vett magminták erőteljesen eltérő tagoltságot mutattak. Az RQD érték, mely azt mutatja meg, hogy egy adott szakaszon belül hány százalék a 10 cm-nél nagyobb magminta nagy szórást mutatott, értéke 25-100 között változott. A felső magminták erősen tagoltak, míg az alsók ép kőzetet tükröznek. Útépítés - alépítmény

26

A kőzetmechanikai vizsgálatokhoz a feltárt minták 13 eltérő kőzetváltozatba kerültek besorolásra. Ez is érzékelteti a nagyfokú heterogenitást. Az eredmények eltérő szilárdsági paramétereket mutattak, a nyomószilárdság és a rugalmassági modulus feltüntetésével


27

Depónia képzés


28

Depónia


29

Töltés építés


30

Töltésépítés


31

Elrendezett terep és előkészített rézsű


32

Talajtömörítés vibrohengerrel és gumihengerrel


33

Lokális depóniák


34

A fedőréteg terítése


35

Ejtősúlyos talajvizsgáló berendezés


36

Ejtősúlyos talajvizsgáló berendezés • Mérési elve az, hogy egy ismert tömegű test adott, előre beállított magasságból történő leejtése során pontosan kiszámítható ütőmunkát fejt ki a szerkezet alsó, talajra merőlegesen feltámaszkodó ütköző felületére. A terhelés jellegét tekintve dinamikus. • Erről az ütköző felületről adódik át a talajra a terhelés, amely hatására az benyomódik. A benyomódás pontos mértékét egy mérő – regisztráló műszer segítségével tudják meghatározni, amely képes az adott terhelő erőhöz tartozó süllyedés (benyomódás) pontos megmérésére, valamint a mért adatok tárolására. Útépítés - alépítmény

37

Statikus terhelésmérés mérőórás benyomódás-mérővel


38

Statikus terhelésmérés mérőórás benyomódás-mérővel • Általában gépjárművek alváza alá állnak be vele, és a csavarorsó segítségével a járművet megemelik. A mérőóra a szerkezeten méri a terhelő tömeg által kifejtett nyomásértéket, amelyet megszorozva a feltámaszkodás felületének nagyságával adódik ki a terhelő erő értéke. A talajt terhelő erő értékének meghatározásakor figyelembe kell venni a szerkezet talajon felfekvő, valamint a terhelő tömeg felfekvési felületének arányát a számítások során. A berendezés statikus terhelés mérésére alkalmas.


39

Talajminta vétele, és kiértékelése radiometriás méréssel


40

Izotópos (radiometriás) mérés • A szerkezetbe előzőleg a helyszínről vett tömörített talajmintát tesznek, ami megadja a mintavett talaj legfontosabb paramétereit, a nedvesség – vagy víztartalmat, valamint a térfogatsűrűséget (ρn, wtiz, Trρ%). Minden egyes helyszíni mérést laboratóriumi ellenőrző értékelés követ.


41

A felső rétegek terítése és bedolgozása


42

Tömörítőgépek alkalmazhatósága, talajtól függően, terítési vastagság és járatszám


43

M-31-es autóút építése alépítményi munkái

Humuszolás, talajcsere • A letermelendő humusz rétegvastagsága jellemzően 50 cm, • A talajcseréket javasoltan Trp > 90% tömörségi fokig tömörített homokos kavicsból kell építeni, felső síkján mindkét esetben minimálisan E2 > 30 MN/m2 értéket kell elérni. • A feltöltött területeken a megkívánt tömörség Trp > 85%, az előírt minimális 2 teherbírás E2 > 30 MN/m Útépítés - alépítmény 45

A töltés felhordása, és tömörítése


46

Pályaszerkezetek alatti minőségi követelmények • Beton- és nagymodulusú aszfalt pályaszerkezet esetén ott, ahol az út bevágásban halad a fagyvédőréteg alatti 0.5 m vastag zónában 97%os (-2% tűrés a mérések 20%-ban) tömörséget kell elérni, ezen zóna felszínén E2 > 40 MN/m2 teherbírást kell igazolni. • Aszfaltburkolat és bevágás esetén a fagyvédőréteg alatt, a méretezett védőréteg vastagságból adódó tükörszinten 90%-os tömörség és E2 > 40 MN/m2 teherbírás igazolandó. Útépítés - alépítmény 47

Alépítményi minőségi követelmények • Amennyiben az altalaj önmagában alkalmatlan ezen paraméterek előállítására, úgy a megkívánt tömörségi és teherbírási értékeket a réteg cementes, illetve meszes stabilizációjával kell előállítani és megtartani. • A tervezett szakasz építésekor a meglévő töltésekhez a felső 0.2 m vastag fedőréteg eltávolítása után lépcsős fogazással lehet csatlakozni. A lépcsők maximális magassága 0.5 m legyen. Útépítés - alépítmény

48

Töltésalapozás - magas töltések • Ahol az autópálya 12 m-t meghaladó magasságú töltésen vezet, a töltésláb szélessége, több mint 70 m. Itt az altalajra átadódó nagy terhelések következtében a töltés felhordása jelentős alakváltozásokat okozott, 40 50 cm közötti süllyedés is kialakult. Előzetes számítások szerint a konszolidáció várható ideje 5 - 6 hónap lett volna. • Ezeken a helyszíneken az építés ütemezésének függvényében felmerült a konszolidáció gyorsításának igénye. Az adott körülmények között kavicscölöp alkalmazása tűnt célszerűnek Útépítés - alépítmény

49

Az első pályaszerkezeti réteg felhordása


50

Betonburkolat alatti minőségi követelmények • A töltéstest koronaszintjén a pályaszerkezet építési kritérium minimálisan E2 > 80 MN/m2 teherbírás. Amennyiben a földmű tükörszintjén az előírt teherbírás a felső 15 cm-es réteg konzerválása nélkül is biztosítható, akkor a CTh, illetve a CTt réteg elhagyható. • A helyszínen stabilizált 15 cm-es réteg alternatívájaként alkalmazták a telepen kevert (CTt) változatot, ebben az esetben a réteg alatt megkövetelt teherbírás E2 > 60 MN/m2 volt. Útépítés - alépítmény

51

A védőréteg • A védőréteget a burkolati alapréteg alatt, a teljes koronaszélességben végig vezették. A védőréteg alsó síkja (tükör) oldalesése megegyezik a kopóréteg oldalesésével. A védőréteg felső 15 cm vastag stabilizált rétege a pályaszerkezettől számított 45 fokos teherátadási sáv szélétől mindkét oldalon 60 - 60 cm-rel túlnyúlóan készült. A szélesítés az alapréteget beépítő gép közlekedéséhez kellett. Ezen a szakaszon kívül, oldalesése változó, de csak úgy, hogy az esetlegesen felületére jutó vizet nem vezeti az Útépítés - alépítmény 52 alapréteg alá.

Bevágási alépítmények • Bevágásoknál a pályaszerkezet alatti -50 cm-es tükör kiemelését követően tükörtömörítéssel Trp > 97% tömörség és E2 > 40 MN/m2 teherbírást értek el. • Azokon a helyeken, ahol a bevágás tükrön agyag talajok jelentkeztek, a földmű felső 50 cm vastag részének építése előtt elsősorban elválasztási céllal- geotextília került Útépítés - alépítmény

53

Védőréteg • A védőréteg teherbírás javító, egyben fagyvédőrétegként szolgál. Védőréteg céljára fagyálló szemszerkezetű szemcsés talaj használható fel: – – – – –

legnagyobb száraz térfogatsűrűsége legalább 1800 kg/m3, egyenlőtlenségi mutató: U > 7, a 0,02 mm-nél kisebb szemcsék mennyisége legfeljebb 10 tömeg %, a 0,1 mm-nél kisebb szemcsék mennyisége legfeljebb 25 tömeg %, a legnagyobb szemcseátmérő a tömör rétegvastagság 1/2-énél kisebb legyen. – a módosított Proctor vizsgálat (MSZ 14043-7:1981) vagy a helyszíni próbatömörítés után a 0.1 mm-nél kisebb szemcsék tömegszázaléka nem haladhatja meg a vizsgálat vagy a próba előtti tömegszázalék 1.5-szeresét. Útépítés - alépítmény

54

A 10m –t meghaladó bevágásokban osztópadkát kellett alkalmazni


55

Alépítmény. Válogatott fejezetek, esettanulmányok

Recommend Documents