Töltésalapozás I.
Töltésépítési veszélyek, nehézségek
Technológiai problémák
Talajmechanikai problémák
A felszín lecsapolása
Állékonyságvesztés
Felszín letermelése
Süllyedés
Munkagépek mozgatása
szokáson alapuló módszer
tervezés, számítás
2
Talajmechanikai problémák
3
vastag gyenge altalaj
állékonyságvesztés
deformációk, elmozdulások
alaptörés kipréselődés
vékony gyenge réteg vastag gyenge kedvező altalajaltalaj
nagymértékű, egyenlőtlen, időben elhúzódó süllyedés
állékonyságvesztés alaptörés szétcsúszás kipréselődés
vastag gyenge altalaj
gyenge felszín réteg vékonygyenge gyenge vastag altalaj kedvező altalaj
kipréselődés szétcsúszás
vékony gyenge gyenge felszín réteg kedvező altalaj kedvező altalaj
Stabilitásvizsgálat
Alaptörés vizsgálata
5
H
cu csúszólap
H g 5 cu 5 cu n H
Szétcsúszás
6
Ea
H
T L
E a 0,5 H 2 K a g T c u L n
cu L Ea
Kitolódás
7
H
Exa
Exp
H t g 4 cu n
4 cu H
h
Süllyedés- és konszolidációszámítás
Süllyedésszámítás Süllyedés : −
9
st sa sc sm
azonnali süllyedés (telítetlen talajok) – Hooke törvény
sc
z
−
konszolidációs süllyedés :
−
a másodlagos összenyomódásokból származó süllyedés :
Es
h0
z z0 C . ln
t t0
%
Az elméleti konszolidációs görbe
10
0 20
konszolidációsfok
40 60 80 100 0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
időtényező T
ht ht
k Es 1 1 T t cv t 2 2 v g H H
1,4
Kritikus területek Magyarországon
Kritikus területek Magyarországon
12
Kritikus talajok 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
13
Töltésalapozási irányelvek
Töltésépítés kedvezőtlen altalajon
A feladat kikerülése
Építésszervezési megoldások
Szerkezeti megoldások
Előzetes talajjavítások
15
A feladat kikerülése •
helyszínrajzi elkerülés
•
talajcsere (teljes, részleges)
•
kiemelés hídra
16
Építésszervezési megoldások
Lépcsős építés töltésmagasság m
18
60
3,0 biztonság
40
2,0
20
1,0
0
0 0
süllyedés cm
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
-20
20
-40
40
-60
60
-80
80
idő hónap
drénezetlen nyírószilárdság kPa
Többlettöltés
19
20
töltésmagasság m
10 0 -10 -20 -30 -40 -50
süllyedés -60 cm -70 -80
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
idő hónap
Szerkezeti megoldások
Szerkezeti megoldások 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)
21
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 mélytömörítéses módszerek − vibrációs mélytömörítés − vibrált kőoszlop (kavicscölöp) készítése − dinamikus konszolidáció − dinamikus talajcsere (kőtömzs) talajjavítás kötőanyagbevitellel − mélykeverés − tömegstabilizálás − betoncölöpözés egyéb módszerek − talajcsere − függőleges szalagdrénezés
25
Mélytömörítéses módszerek
Mélytömörítési eljárások
27
Vibrációs mélytömörítés
Mélyvibrálás 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
29
Vibrációs mélytömörítés
30
hosszabbító
rugalmas csatlakoztató víz- vagy levegő betáplálás elektromotor excenter
csúcs
Vibrációs mélytömörítés
31
Vibrációs mélytömörítés
32
Vibrált kőoszlop
Vibrált kőoszlop
anyagbetöltés
vibrátor- és csőhosszabító
rugalmas csatlakoztató
anyagcső elektromotor excenter
anyagűrítés
34
Vibrált kőoszlop
35
Kavicscölöpözés Komplex talajjavítási módszer, mert • talajtömörítésként • részleges talajcsereként
• függőleges drénként is működnek, így • csökkentik a süllyedések mértékét, • növelik a talajtöréssel szembeni biztonságot, • gyorsítják a konszolidációt.
36
Kavicscölöpözés •
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
37
Kavicscölöpözés
38
Dinamikus konszolidáció
Dinamikus konszolidáció 8…20 tonnás tömegek 10…20 m magasságból való ejtegetése hatásmélység függ a talajtól és ejtési energiától, kb. 5…10 m tételezhető fel.
40
Dinamikus konszolidáció
41
Dinamikus talajcsere
Dinamikus talajcsere Komplex talajjavítási technológia, mert •
részleges talajcsere
•
függőleges drénezés
•
feljavuló mechanikai tulajdonságok
Így •
csökkenti a süllyedéseket
•
növeli a talajtöréssel szembeni biztonságot
•
gyorsítja a konszolidációt
43
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, Es=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 Oszlopszerű mélykeverés
49
Tömegstabilizálás
„résszerű” mélykeverés
Mélykeverés - Oszlopszerű
50
Mélykeverés - Oszlopszerű
51
Mélykeverés - Tömegsabilizálás
52
Mélykeveréses technológiák
53
Mélykeverés – Kötőanyagok, kezelési pontok kötőanyag cement cement+gipsz cement+salak mész+cement mész+gipsz mész+salak mész+gipsz+salak mész+gipsz+cement mész +++ legtöbbször nagyon hatékony
iszap
agyag
++ + ++/++(+) ++ ++ + ++ ++ -
+/+(+) + ++/++(+) ++ ++ + ++ ++ +++
++ többnyire hatékony
gyttja/sár, szerves agyag +/+(+) ++ ++ + ++ + ++ ++/++(+) -
+ néhány esetben hatékony
54
tőzeg ++/+++ ++ ++/+++ -
- 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
20-30 m magas vezetőszerkezet excavátorra erősítve
acélcső : szállítja a drént az altalajba
mélység=acélcső hossz
kihorgonyzás saruval
59
Függőleges szalagdrének
60
Módszerválasztás
Módszerválasztás
62
Töltésalapozások tervezése
Töltésalapozások tervezése
Hagyományos elméletek Geotechnikai szoftverek • Hagyományos elmélet (pl. GGU, GEO5) • Végeselemes programok pl: Plaxis 2D Plaxis 3D
MIDAS GTS
64
Hagyományos elmélet – Barron konszolidációszámítás
Tv c v
1 2
H
t
1 - U = (1 - Uv) × (1 - Ur) n=D/d
Tr c r
65
1 D
2
t
Hagyományos elmélet – Priebe süllyedésszámítás
javítási tényező n
kezelési arány A / Ac
66
Hagyományos elmélet – Állékonyságvizsgálat
67
Véges elemes analízis – 2D modellezés
68
- lépcsős építés, túltöltés
- geoműanyag - szalagdrén - mélykeverés
Chart 1 Displacement [m] 0,35
- kavicscölöpözés - betoncölöpözés
- talajcsere Eredmények - süllyedés - konszolidáció - stabilitás
Point A 0,30
Point B
0,25
Point C
0,20
Point D
Point E
0,15
0,10
0,05
0,00 0
50
100
150 Time [day]
200
250
Véges elemes analízis – Tengelyszimmetrikus modell
69
- szalagdrén
- kavicscölöp - kőtömzs - betoncölöp - mélykeverés - tömegstabilizálás
- talajcsere Eredmények
- süllyedés - konszolidáció
lépték, geometria, rétegződés, kőtömzs, járműteher (15 kPA), háló,
süllyedés a töltés hatására
főfeszültségek a töltés alatt
süllyedés a járműteher hatására
Véges elemes analízis – 3D modell - bármelyik technológia
Eredmények - süllyedés - konszolidáció - stabilitás
70
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
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
74
Süllyedésmérés
75
Építés közbeni süllyedésmérés
76
M7 autópálya 135+425 kmsz. töltés-süllyedés mérés
töltés (m)
10,0
1 mérés (2003.09.16.) 2 mérés (2003.11.06.)
0,0
tervezett töltés 3 mérés (2004.01.03.)
-10,0
süllyedés (cm)
4 mérés (2004.02.20.) 5 mérés (2004.04.08.)
-20,0
6 mérés (2004.04.30.) 7 mérés (2004.05.27.)
-30,0
túltöltés (0,90 m)
-40,0
8 mérés (2004.06.25.) 9 mérés (2004.07.27.)
-50,0
10 mérés (2004.08.28.) 11 mérés (2004.09.26.)
-60,0 0
10
20
30
40
A pont távolsága a mérőhelytől (m)
50
60
Építés közbeni süllyedésmérés
77
töltésmagasság (m)
M7 autópálya 136+200 töltés-süllyedés 5 10
0 bal váll
-10
tengely jobb váll
-20
töltés
süllyedés (cm)
-30 over-filling 0,45 m
-40
-50
-60
2004 -70 5.29
7.28
9.26
11.25
1.24
3.24 idő
5.23
7.22
9.20
11.19
Süllyedés – előrejelzés – Varga
78
konszolidáció előrejelzés - Varga t (nap)
200 60
300
400
500
600
so 80
0
t mért adatok kezdő érintő vég érintő
100 s
s (mm)
120
D=tg 0/tg v B=lnD/t smax=s0+s×D/(D-1)
v
sú=s×e-B t
140
a görbeszakasz idô- és süllyedésnövekményébôl, valamint a kezdô és végérintô hajlásából számítja a keresett paramétereket
Süllyedés – előrejelzés – Szepesházi
79
konszolidáció előrejelzés - Szepesházi 200 60
300
400
500
t (nap)
600
so 80
t=145
s1
mért adatok
100
s (m m )
120
C= s1 / s2 B=lnC/ t smax =s0+ s1×C/(C-1)
t=145 s2
s3= s2 ×e -B t 140
a végérintôk hajlása helyett a vizsgált szakaszt megfelezve az így kiadódó idônövekményhez tartozó két süllyedésnövekményt olvassuk le
Süllyedés – előrejelzés – Asaoka
80
konszolidáció előrejelzés - Asaoka 200 60
300
400
500
t (nap)
600
több azonos hosszúságú idôközt vesz fel, s az egyes osztópontokhoz tartozó süllyedéseket olvassa le
s1 80 s2 mért adatok
s3 100 s4 s5 s6
140
s7
smax
s (m m )
120
E=tg
120
B=lnE/ t si=si-1 +E(si-1 -si)
si (mm)
140
mért adatok
100
45° egyenes kiegyenlítő vonal
80
45°
60 60
80
100
120
140 si-1 (mm)
Süllyedés – előrejelzés – hiperbólikus közelítés hiperbólikus s-t függvény t (nap)
200
300
400
500
t/s (nap/mm)
2
3
d
4 mért adatok lineáris t/s
5
tgd =b s=t/(a+b×t) t/s=a+b×t smax=1/b
600
81
82
Esettanulmány M7 autópálya Balatonszárszó - Ordacsehi
Tőzeges altalaj az M7 autópályán
4,0 m
3,0 m
5,0 m
Homoktöltés
Tőzeg
Agyag
süllyedés
=33° =20 kN/m3
Es=600 kPa
cu=15 kPa
Es=2500 kPa
cu=20 kPa
k=10-7 m/s
=20°
k=10-9 m/s
n
5 cu 75 0,83 H 90
n
cu L 90 1,45 Ea 62
oldalkitérés n
4 cu 60 0,66 H 90
alaptörés szétcsúszás
83
s
Hö h 63cm Es
Konszolidációs idő
T H2 t 434nap cv
Tőzeges altalaj az M7 autópályán
84
Hány lépcsőben szabad megépíteni?
H
( 2) cu 5,14 15 2,57m n 1,5 20
H 2,0m -es lépcső
A ∆H=2 m töltés alatti konszolidáció, mennyivel növeli a drénezetlen nyírószilárdságot?
cu 0,22 H 0,22 2,0 20 9kN / m2 Mekkora töltést bír el a tőzeg az első lépcső alatti konszolidáció után
H
2 cu n
5,14 24 4,1m 1,5 20
Ezután már
2 cu H n
5,14 33 5,6m 1,5 20 lehetne a magasság, azaz fel lehet hordani a pályaszerkezetet szimuláló ∆H=1,0 m túltöltést.
Süllyedésmérési eredmények
85
töltés (m)
M7 autópálya 136+200 kmsz.-ben töltés-süllyedés 10 5
0 bal váll
-10 tengely
-20
jobb váll
süllyedés (cm)
töltés
-30 túltöltés 0,45 m
-40
-50
-60
-70 5.29
7.28
9.26
11.25
2004
1.24
3.24
5.23
7.22
idő
9.20
FEM – Építési fázisok
86
0 - geoműanyag + szemcsés réteg
6 - 90 nap konszolidáció
1 - töltésépítés 2 m - ig
7 - túltöltés visszaszedése
2 - 200 nap konszolidáció
8 - pályaszerkezet építése
3 - töltésépítés 4m - ig
9 - konszolidáció
4 - 200 nap konszolidáció
10 – forgalmi teher
5 - túltöltés
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
91 Chart 1
Displacement [m] 0,6
Point E 0,5
Point D
Point C
0,4
Point A 0,3
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 -„H” pont - töltés tetején
-„E” pont - terepszinten
Biztonsági tényezők
92
biztonsági tényezők 5
biztonsági tényező
4
3
2
1
0
0
100
200
300
400
500
600
700 idő (nap)
800
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 Time [day]
600
800
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 Kiválthatók-e az időtartamát és költségét tekintve a kedvezőtlenebb tűnő kavicscölöpözések geocella matraccal?
97
A geocella matracos töltésalapozás 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.
98
Tőzeges altalaj a Zalavasúton ~ 8,25
~ 9,0
99
~ 8,25
süllyedés
track 0,5 5,5
= 20 kN/m3
embankment
1:1,5
1,0
clay
Es ≈ 2,6 MPa
k ≈ 10-9 m/s
1,0
peat
Es ≈ 0,6 MPa
k ≈ 3·10-7 m/s
2,5
soft clay
Es ≈ 2,2 MPa
k ≈ 5 ·10-9 m/s
gravel
Es ≈ 50 MPa
alaptörés
n
5 cu 1,1 H
szétcsúszás
n
cu L 1,65 Ea
oldalkitérés
n
4 cu 0,7 H
s
Hö h 35cm Es
Konszolidációs idő
T H2 t 830nap cv
100
Plaxis modellezés Altalaj adatai Rétegek sárgásbarna sovány agyag fekete tőzeg szürke kövér agyag szürke homokos kavics Süllyedés összesen
Réteg teteje (m) 0,0 0,8 2,0 4,5
alja (m) 0,8 2,0 4,5 6,0
h (m) 0,8 1,2 2,5 1,5
Es (MN/m 2 ) 3,0 0,6 3,0 40,0
s=32 cm
s (cm) 3,0 22,4 9,3 0,4 35,1
Konszolidációszámítás - Plaxis
101
Chart 1 Displacement [m] 0,35
Point A
Point B 0,30
Point C
Point D 0,25
Point E
„A” pont: töltéstengely korona, „B” pont: agyag felszíne tengely, „C” pont: tőzeg alsó felszíne tengely, „D” pont: töltésláb, „E” pont: kavics felszíne
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00 0
200
400 Time [day]
600
800
Állékonyságvizsgálat - Plaxis
102
103
Tervezés – hagyományos módszer
p 3,675 cu
l 8,0 d
p/cu
cu = 10 kPa szükséges az egyensúlyhoz
Tervezés – hagyományos módszer
2
104
σh = σn – 2 · κ 2
4
2
2
2
2 n s i n ' 4 n s i n ' 4 (s i n ' 1 ) ( n s i n ' ) 2 (s i n2 ' 1 )
σh = 38 kN/m Tensar SS40 + Tensar 120 RE
n=σt/σh=1,68
2 0 ,5
Modellezés Plaxis programmal stratas
h
sat
(m)
cref
MPa
°
70,0
40,0
kN/m 1
Eoed 3
105
ref
crushed gravel
0,6
kN/m 25
embankment
5,0
20
20,0
33,0
5
clay peat soft clay grey gravel
1,0 1,0 2,5 1,5
19,0 15,0 20,0 20,0
2,6 0,6 2,2 50,0
15,0 2,0 8,0 35,0
20,0 12,0 16,0 1,0
2
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)
λ* -
κ*
0,21 0,11
0,025 0,015
-
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 v0
ve
p' ln( ) p0
ve0
*
p' ln( ) p0 *
E ur p * 31 2 ur
Laborvizsgálati eredmények
107
ln p (kPa)
2,50 2,40
*=0,21
v
2,30
*=0,025
2,20 2,10 2,00 3,00
3,50
4,00
4,50
5,00
5,50
Függőleges mozgások árnyékképe
s=28 cm
108
Konszolidációszámítás
109
Chart 1 Displacement [m] 0,35
Point A 0,30
Point B
0,25
Point C
0,20
Point D
Point E
0,15
0,10
0,05
0,00 0
50
100
150 Time [day]
200
250
Állékonyságvizsgálat
110
n=1,64
Helyszíni süllyedésmérési eredmények
111
Cellamatrac szerelése
112
