Wolf Ákos
Királyegyháza, cementgyár - esettanulmány
Királyegyháza, cementgyár - esettanulmányok Tartalom
Bevezetés Projekt ismertetés, helyszín bemutatása
Talajadottságok bemutatása
Műtárgyak tervezése (klinkersiló, nyersanyagtároló, hőcserélő torony, iroda)
Összefoglalás
Bevezetés Helyszín
Bükkösd
Királyegyháza
Bevezetés Beruházó • Nostra Cement Kft.
Kivitelező • STRABAG MML Kft. • Magyar Aszfalt Kft.
Műszaki ellenőr • Innober-wave Kft.
Tervező • Total Kft. - generáltervező • M Mérnöki Iroda Kft. – statika • A TEC Gmbh. - technológia
Geotechnika • Geoplan Kft. • dr. Szepesházi Róbert - szakértő
Bevezetés
Bevezetés
105 m
90.000 t klinker
55 m
55 m
6x6.000 t cement
Talajadottságok bemutatása
Műtárgyak mérete, terhelése
Előzmény GeoPannon Kft.: Területismertető szakvélemény 2006. június • Feltárások: jellemzően 10-15 m mély fúrások + 1-1 db 30, 35 és 40 m mély feltárás
Előkészítés
Mélyalapozási igény Nagy lehatási mélység
Univesitas Győr Kht.: 2 db statikus próbaterhelés 2007. március • Cölöphossz: L = 22 m • Átmérő: D1 = 80 cm, D2 = 100 cm • Gyenge teherbírás
Geoplan Kft.: 2 db 75 m mélységű nagyátmérőjű fúrás 2007. április
Átlagosnál nagyobb mélységű feltárások
• Teljes mélységig puha, átázott , telített, helyenként mészkonkréciós pleisztocén agyag, felszín közeli talajvíz geotechnikai problémák
Geoplan Kft.: 6 db ~45 m mély statikus szonda (CPT) 2007. június • Teljes mélységig qc < 4 Mpa csúcsellenállás
Talajadottságok bemutatása Feltárások
Előzmény • 10-40 m mély feltárások, összesen 200 fm hosszban
Előkészítés fázisa • 2 db 75 m mély nagyátmérőjű fúrás • 6 db ~ 45 m mély statikus szondázás (CPT)
Kiviteli terv • 31 db 15-46 m mély statikus szondázás (CPT) (795 fm) • 19 db 15-65 m mély nagyátmérőjű fúrás (615 m) • 7 db 6 m mély kisátmérőjű fúrás
Talajadottságok bemutatása
Talajadottságok bemutatása Tervezési lépések
Talajvizsgálati jelentés • feltárások, laborvizsgálatok kiértékelése • várható rétegződés • talajfizikai paraméterek karakterisztikus értékei • tervezéshez szükséges alapadatok
Geotechnikai terv • statikus tervezővel folyamatos konzultálás, igények egyeztetése, leggazdaságosabb megoldás keresése
Monitoring • elvégzett mozgások ellenőrzése, további alakváltozások becslése
Talajadottságok bemutatása Geológia
Alapréteg • nagy mélységben – kivitelezést és tervezést nem befolyásolja
• Felső pannóniai beltó feltöltődése, homokos kőzetliszt – 70 m mélységben • Pliocén és alsó pleisztocén határára jellemző vörös agyag zóna
Rétegsor • harmad- és negyedidőszaki képződmények
• A hegység előterében az erózió hatására változatos pleisztocén rétegsor: törmelékes, pizolitos, áthalmozott, mészkonkréciós, barna agyag szintekkel átszőtt
Talajadottságok bemutatása Laboratóriumi vizsgálatok
Szemrevételezés, tapintás • szín, küllemi sajátosságok • összetétel • mikrorétegzettség
Víztartalom meghatározás - azonosító vizsgálatok • Konzisztencia határok meghatározása • Szemeloszlási vizsgálat
Mechanikai vizsgálatok • Kompressziós kísérlet • Triaxiális vizsgálat • Egyirányú nyomóvizsgálat
Talajadottságok bemutatása Talajadottságok
Rétegszelvény
Fúrások • 18-19 m-ig puha homokos iszap-sovány agyag • 42-43 m-ig igen változó plaszticitású rétegek • 44-45 m-ig mészkonkréciós homokos iszap-sovány agyag • 45 m-től közepes-kövér agyag a fúrások feküjéig • Felszín közeli talajvíz
KEMENCE HŐCSERÉLŐ TORONY
18-19 m
42-43 m 44-45 m
KLINKERTÁROLÓ
CEMENTSILÓK
Talajadottságok bemutatása 0
Ödométeres vizsgálatok
10
20
mélység z [m]
30
40
50
40 m - Es = 15 MPa 60 m - Es = 20 MPa
10
15
összenyomódái moulus Es [MPa] 20 25 30 35
0
75 db kísérlet Eredmények kiértékelése: z0 = kezdeti hat. feszültség z = 100, 200 és 300 kPa növekmény
5
60
70
80
Es1 = 3,6 + 0,254 · z Es2 = 4,6 + 0,247 · z Es3 = 5,5 + 0,242 · z
Talajadottságok bemutatása
26 db kísérlet
160
Az eredményekben jelentős szórás
Karakterisztikus érték óvatos felvétele
nyírófeszüültség [kPa]
Triaxiális vizsgálatok
200
120
80
40
= 16° c = 22 kPa 0 0
50
100
150
200
250
300
normál feszültség [kPa]
350
400
450
500
Talajadottságok bemutatása CPT szondázások Hasonló lefutású görbék 40 m-ig • 1 MPa-os sáv
0
• ~14-16 m • ~24-26 m • ~32 m
Hőcserélő torony környezetében készült statikus szonda vizsgálatok
4
8
12
16
z [m]
24
28
32
36
40 m alatt szeszélyes eredménysorok
2
3
4
5
6
7
8
qc [MPa] 9
0
20
Mészkonkréciós zónák
1
40
44
48
GHS11
GHS12
GNYS11
GNYS12
CPT-U1
CPT-U2
CPT-U3
CPT-U4
GS25
GS26
10
Talajadottságok bemutatása Összefoglalás Alapréteg nagy mélységben
Klinkersiló talajmodell
• Tervezést és kivitelezést nem befolyásolja
Nagy vastagságú agyag rétegsor • Puha-sodorható állapot • Kompresszíbilis • Konszolidációs probléma • Mészkonkréciós zónák
Felszín közeli talajvízszint • • • •
Teherbírási határállapot nem meghatározó Jelentős mértékű süllyedések Süllyedéskülönbségek Időben elhúzódó alakváltozások
plaszt. index
mélység z
Megnevezés
[m]
konz. index
hézagtényező
telítettségi fok
térfogatsúly
CPT összeny. csúcsell. mod.
IP
Ic
e
Sr
r
qc
Es
[%]
[-]
[-]
[-]
[kN/m ]
[MPa]
[MPa]
3
0,0-0,8
Szürke kissé humuszos kövér agyag
32
1,2
-
-
19,5
1,0
-
0,8-4,0
Sárga homokos iszap
13 (37)
0,8 - 0,9
-
-
19,5
0,9
6,6
4,0-10,0
Szsárga - bsárga iszap - sovány agyag
14 - 17
0,9 - 1,0
0,65
1,00
20,5
1,3
7,8
10,0-14,0
Világosbarna - sárga iszap - sovány agyag
13 - 19
0,9 - 1,0
0,60
1,00
20,8
2,0
9,0
14,0-16,0
Szürkéssárga sovány agyag
16
0,9 - 1,1
0,62
1,00
20,6
2,9
13,0
16,0-19,5
Szürkéssárga sovány agyag
16 (31)
0,9 - 1,1
0,62
1,00
20,6
2,3
10,2
19,5-23,0
Barna szürkeeres kövér agyag
38 - 41
0,9 - 1,1
0,60
1,00
20,8
2,6
11,0
23,0-26,0
Barna szürkeeres kövér agyag
38 - 41
0,9 - 1,1
0,60
1,00
20,8
3,5
16,0
26,0-30,0
Sárga sovány - közepes agyag
18 - 23
0,9 - 1,0
0,68
1,00
20,1
2,8
12,6
30,0-31,0
Sárga szürkeeres kövér agyag
31
0,9
0,72
1,00
20,0
3,2
13,1
31,0-33,0
Sárga szürkeeres kövér agyag
31
0,9
0,72
1,00
20,0
3,7
15,0
33,0-36,0
Sárga szürkeeres kövér agyag
31
0,9
0,72
1,00
20,0
2,7
14,1
36,0-40,0
Barnásszürke kövér agyag
32 - 44
0,9 - 1,0
0,62
1,00
20,4
3,5
14,9
40,0-43,0
Bszürke mészkőtörm. kövér agyag
31
1,1
0,55
1,00
20,5
3,7
15,7
43,0-45,0
Világosrbarna homokos iszap - sovány agyag
15 - 18
0,6 - 0,8
-
1,00
20,5
4,00
16,3
45,0-50,0
Szürke - barnásszürke közepes - kövér agyag
25 - 42
1,0 - 1,2
0,61
1,00
20,5
4,00
20,0
Műtárgyak tervezése Klinkersiló 45,3 m
Műtárgy ismertetése • Magasság: H = 55 m • Külső henger átmérője Dk = 45,3 m • Belső henger átmérője Db = 16 m • Alap átmérője Da = 60 m • Alap magassága Ha = 5,5 m
55 m
Főbb méretek
Terhelés • Önsúly ( = 1,1): G = 360.000 kN • Klinker kezdetben ( = 1,0): Gk = 600.000 kN • Maximális tároló kapacitás ( = 1,0): Gmax = 900.000 kN
60 m
Műtárgyak tervezése Klinkersiló Nincsen szigorú süllyedési korlát
Teherbírás
Síkalapozás
60.000 t betöltött anyag
90.000 t betöltött anyag
m = 339 kPa
m = 445 kPa Nagy lehatási mélység
DIN
= 20° c = 40 kPa
Teherbírás meghatározása MSZ szerint
EC-7 szerint
HMSZ = 1188 kPa
HEC = 997 kPa
Műtárgyak tervezése Klinkersiló Teherbírás
Talajok oldalkitérése összetett csúszólap mentén
Nagy alaptest B p t
H Ea
CPT alapján: H = 15 m
Ep
Fs
Fs elhanyagolása
p = 509 kPa = 18° c = 30 kPa
Ea és Ep síkbeliként számítva
Műtárgyak tervezése Klinkersiló
Műtárgyak tervezése Klinkersiló
60 000 t esetén: m01 = 45 m
0
90 000 t esetén: m02 = 52 m
Haránt kontrakció elhanyagolása
Haránt kontrakció figyelembe vétele
200
feszültség [kN/m 2] 300 400 500
10
SÜLLYEDÉSSZÁMÍTÁSI MEGOLDÁSOK
100
0
20 mélység z [m]
Süllyedés
Lehatási mélység: 20 %-os szabály fesz. terjedés Kany alapján
30
40
Kany süllyedésszámítási képlete
Mayne – Poulos megoldása
50
Geoszt. nyomás 20%-a 60000t betöltött anyag 90000t betöltött anyag
Rétegösszenyomódások összegzése
60
PLAXIS FEM-analízis
Műtárgyak tervezése Klinkersiló Süllyedés
A betöltött anyag
Számított süllyedési értékek [cm]
60.000 t
90.000 t
Kany süllyedésszámítási képlete
86
107
Rétegösszenyomódások összegzése
77
98
Mayne – Poulos rugalmasságtani megoldása
104
134
PLAXIS FEM-analízis
115
160
Eredmények csökkentése Mészkonkréciós, mészkőtörmelékes talaj
Kötött talaj – tartós teher
60.000 t betöltött anyag
90.000 t betöltött anyag
s = 50-65 cm
s = 65-75 cm
Műtárgyak tervezése Klinkersiló 350
Konszolidáció
60.000 t betöltött anyag 300 40.000 t átlagos betöltöttség
Bizonytalanságok
terhelés p [kPa]
250 200
20.000 t betöltött anyag
150 önsúly 100 50
• azonnali és teljes süllyedések aránya • kritikus réteg vastagsága - mészkonkréciós rétegek szerepe • talajok vízáteresztő képessége
0 0
0
50
50
100
100
150
150
200
200
250
250
300
350
idő
t [hónap]
300
350
0
10 50 % 14 m
20
75 % 14 m
Drénezés
Nem drénezés
süllyedés s [cm]
50 % 40 m
30
40
50
60
75 % 40 m
400
400
Műtárgyak tervezése Klinkersiló dátum
Monitoring Önsúly hatására Számított: s ≈ 20 cm
Mért: s = 8-9 cm
terhelés p (103 t)
150
50
KS01 -50
KS03
23
KS04 KS06
03
13
20
33
-150
04
KS11 KS22 KS33
02
12
01
11
22
21
32
31
05
06
süllyedés s (mm)
-250
átlag terhelés
-350
-450
-550
Kivitelezés
Üzemelés
Műtárgyak tervezése Klinkersiló dátum
Monitoring terhelés p (103 t)
100
23
0
-100
KS01 KS03 KS04 KS06
03
13
20
33
04
KS11 KS22
02
12
01
11
22
21
32
31
05
06
süllyedés s (cm)
-200
-300
-400
-500
KS33 átlag terhelés
Műtárgyak tervezése
Műtárgy ismertetése Főbb méretek • Magasság: H = 105 m • Szélesség: B = 19 m • Hosszúság: L = 25 m • Anyag: vasbeton • Alapozás: cölöpalapozás
Terhelés • Önsúly ( = 1,1): G = 115.500 kN • Technológiai gépek súlya ( = 1,1): Fg1 = 26.400 kN • Karbantartáskor fellépő terhelés ( = 1,1): Fg1 = 16.500 kN • Szélteher többlet él mentén: Fsz = 22.000 kN
Hőcserélő torony
Hőcserélő torony
Kemence
Műtárgyak tervezése Hőcserélő torony 3.95
3.95
3.95
4.65
3.95
3.95
3.95
3.95
3.95
3.40
3.95
3.40
3.95
4.45
4.00
4.45
Szigorú süllyedési és süllyedéskülönbségi korlát
4.65
4.90
Teherbírás
Statikus tervezővel egyeztetett cölöpkiosztás
Mélyalapozás
4.45 3.40
4.45
4.45 4.45
FCM
3.40
158 .400 3960 kN 40 20000 FCg 5390kN 14
FCg
19.00
Mértékadó cölöperő
.60
25.00
B < H/7 probléma B > H/5 nincsen probléma
Műtárgyak tervezése Hőcserélő torony
Tervezett cölöp geometriája: • Átmérő: D = 1,20 m • Cölöpösszefogás szintje: 112,50 mBf • Cölöptalp szint: 76,0 mBf • Dolgozó cölöphossz: L = 36,50 m
Számítás CPT szondázási eredményeken és statikus próbaterhelésen alapszik
Fajlagos palástellenállás: = 52 kPa Fajlagos talpellenállás: = 1500 kPa
Törőerő: Rc = 8720 kN Bizt. tényező: = 0,473 Határerő: RH = 4120 kN FCg = 3960 kN FCM = 5390 kN
Tervezett cölöp
Teherbírás
Műtárgyak tervezése Hőcserélő torony Teherbírás Kemence alapozása • Átmérő: D = 0,60 m • Dolgozó cölöphossz: L = 20,00 m
4,5 m
Műtárgyak tervezése Hőcserélő torony
B
Süllyedés D
Egyedi cölöp süllyedés
Cölöpcsoport süllyedés
Szerkezet süllyedés
L
H
37 m mély cölöpalapozás
Feszültségszétterjedés jelentős
Geosztatikai nyomás jelentős
Süllyedést kiváltó többletfeszültség kicsi
Lehatási mélység csekély
2D
Számítás: Kany közelítő képlete szerint
L'
Szétterjedés: 1 = 5°
Szétterjedés: 2 = 10°
s1 = 6,4 cm
s2 = 2,9 cm
Műtárgyak tervezése Hőcserélő torony Süllyedés
Cölöpcsoport süllyedés s1 = 6,4 cm
s2 = 2,9 cm
Egyedi cölöp süllyedése: se = 0,1·D = 1,2 cm
Szerkezet süllyedése: smax = 4 - 8 cm
Szerkezet várható süllyedése: s = 3,5 - 6 cm
Műtárgyak tervezése Hőcserélő torony
Műtárgyak tervezése Nyersanyagtároló csarnok Műtárgy ismertetése Főbb méretek • Magasság: H = 35 m • Szélesség: B = 65 m • Hosszúság: L = 245 m • Támfal magassága: Ht = 13,5 m
Terhelés • Betöltött anyag magassága: 14 m • Betöltött anyag szélessége: 40 m • Hosszanti rakodógép: 60 t • Csarnokszerkezet: Fp ≈ 700 kN
65 m
Műtárgyak tervezése Nyersanyagtároló csarnok Süllyedés Betöltött anyag hatásának vizsgálata Plaxis programmal Számítási eredmények • Támfal sülly.: 50-60 cm • Támasz sülly.: 10-15 cm • Támasz vízszintes elmozdulása: 8-10 cm
Probléma • Szerkezet károsodása • Rakodógépek, szállítószalagok tönkremenetele
Javaslat Süllyedések korlátozása céljából az altalaj feljavítása
Műtárgyak tervezése Nyersanyagtároló csarnok Talajjavítás
Megoldások Támfal
Megoldási alternatívák • Előterhelés
sülly.
vízsz. elm. sülly. Konszolidációs idő
Támasz
• Előterhelés + drénezés • Előterhelés + kavicscölöpözés
Kockázat, hátrány
Előny
Talajjavítás nélkül
Előterhelés
Szalagdrén + előterhelés
Kavicscölöp + előterhelés
60
25
20
17
5 9 4.5 nagyobb sülly., hosszabb konszolidáció gépek igazítása sokáig szükséges; Csarnokszerk. mozgása káros olcsó
3 4.5 2.5 lassabb konszolidáció nem a várt talajjavulás nagyobb süllyedés, hosszabb konszolidáció
2 4 1 Teherváltozásokat gyorsabban követik a mozg. gyakori gyors mozgásingadozások lehetnek
1 3.5 1 teherváltozások at gyorsabban követik a mozg. gyakori gyors mozgásingadoz ások lehetnek; kavicscölöpözés időigényes jelentősen legjobban még jobban csökken a csökken a csökken a süllyedés; süllyedés; süllyedés; gyakori gyors olcsón biztosítja biztosítja az mozgásingado- az előterhelés előterhelés zások nem talajjavító talajjavító lesznek; hatását; hatását; drénezés gyorsan elkészíthető az előterhelés keltette süllyedésből a végleges mozgás pontosítható
Műtárgyak tervezése Nyersanyagtároló csarnok Talajjavítás Előterhelő töltés készítése drénezéssel Drénezés • 2007. 11-12. hó • 2 m x 2 m raszter • 13-14 m mélység • 77000 fm szalag
Töltés • 2008. 02-04. hó • 17-18 m magas • 65-70 m talpszélesség • 180000 m3 talaj
Műtárgyak tervezése Nyersanyagtároló csarnok Talajjavítás
Süllyedés az előterheléséből Számított: 85-100 cm
Süllyedés mértéke • Tényleges összenyomódási modulusok meghatározása • Többi műtárgy várható alakváltozásának pontosítása
Fellazulás mértéke • Újraterhelési modulus • Laboratóriumi vizsgálatok eredményeivel közel azonos
1. 17.
3. 17.
5. 16.
7. 15.
dátum
9. 13.
11. 12.
1. 11.
3. 12.
20 10 0 -10
1 2
-20
3 1-töltés
-30
süllyedés s [cm]
• Talajvizsgálatok nem támasztják alá
töltésmagasság H [m]
Süllyedés különbségek
Mért: 65-80 cm
2-töltés 3-töltés
-40 -50 -60 -70 -80
5. 11.
Műtárgyak tervezése Nyersanyagtároló csarnok Végleges szerkezet
Teljes betöltés
Alapozás • Síkalapozás
Süllyedések, elmozdulások • Támfal süllyedés: stf = 8-10 cm • Támasz süllyedés: st = 2-3 cm • Támasz elmozdulás: et < 1 cm
Fél betöltés
Műtárgyak tervezése Nyersanyagtároló csarnok
Főbb műtárgyak, létesítmények Cementsilók szerkezet • 6 db cementsiló egy alaplemezen • Átmérő: 14 m • Magasság: ~55 m • Alaplemez vastagság: 3,5 m • Anyag: vasbeton • Kivitelezés: csúszó zsalus technológia
nehézség • Alaplemezen egyenlőtlen terhelési viszonyok kialakulása
Főbb műtárgyak, létesítmények Iroda, szervizcsarnok szerkezet • Csarnok: 24 m fesztávú rácsos tartó • Iroda: legjellegzetesebb: kéttámaszú, feszített felső födémre függesztett hídszerűen kialakított tartószerkezet
nehézség • Az iroda és a csarnok is a gyárterületet körülvevő 6-7 m magas töltéshez csatlakozik • Az alapokra vonatkozó süllyedéskülönbségi korlát a jelentősen eltérő terhelési viszonyok mellett
Műtárgyak tervezése Iroda Csatlakozó töltés
Probléma • Falra jutó földnyomás • Süllyedés
Georács • Földnyomást csökkenti • Süllyedést nem befolyásolja
Könnyített töltés • Anyag: geohab, perlit • Földnyomás nincsen • Süllyedés nem számottevő
Földnyomás alakulása georács alkalmazása esetén
Műtárgyak tervezése Iroda Teherbírás
Iroda • Egyenlőtlen terhelésekhez igazodó cölöpgeometria • Cölöpök közel egyenlő mértékben legyenek kihasználva • Porta alatt a megadott cölöpteherbírásnál 20%-kal csökkentett érték figyelembe vétele a negatív köpenysúrlódás miatt • Kis terhelésű pontok alá 1 db cölöp talpgerendával összefogva a szomszéd cölöppel
Porta • Lemezalapozás
Összefoglalás
Nagy terhelések és jelentős méretek mellett technológiai korlátok – eleve nehéz alapozási körülmények Telepítés: nyersanyag és kész termék szállítás alapján – geotechnikai kérdések a nehézségek ellenére eltörpülnek Adott helyszín: különösen kedvezőtlen talajadottságok: vastag puha, könnyen összenyomódó réteg, szokásosnál mélyebb alapkőzet, felszín közeli talajvízszint Geotechnikai méretezés egyes esetekben a ma alkalmazható technológiai korlátokat feszegette Nagy terhelések, jelentő süllyedési korlátok, időben elnyúló bizonytalanul előre jelezhető mozgások kézbentartása szokásosnál nagyobb kihívást jelentett a tervezés során Beruházás volumene, szigorú technológiai korlátok olyan módszerek, technológiák alkalmazását tette lehetővé, mely más esetben gazdaságossági korlátok miatt nem lehetséges
Köszönöm a figyelmet!
