Cel i zakres rozprawy

Podstawowym celem rozprawy jest bliższe poznanie wytrzymałościowych i technologicznych aspektów mieszania wgłębnego gruntu na mokro.

Na podstawie obserwacji zastosowań technologii DSM w Polsce i w Europie można wyciągnąć wniosek, że jednym z zasadniczym problemów do rozwiązania jest podniesienie dokładności prognozowania właściwości mechanicznych cementogruntu uformowanego w podłożu, zwłaszcza w zależności od rodzaju i stanu wzmacnianego gruntu, ilości i rodzaju wprowadzonego spoiwa hydraulicznego, czasu wiązania oraz szerokiego spektrum pozostałych czynników (np. wilgotności gruntu, pH środowiska, agresywności wody, warunków wiązania, zanieczyszczenia gruntu, itp.). Zagadnienia te mają bardzo duże znaczenie praktyczne, ponieważ decydują zarówno o bezpieczeństwie podejmowanych robót jak i mają wpływ na konkurencyjność wdrażanej technologii w porównaniu do innych rozwiązań geotechnicznych. Podobnie ważnym problemem technologicznym jest zapewnienie odpowiedniego stopnia wymieszania gruntu ze spoiwem w podłożu w celu osiągnięcia jak najlepszej jednorodności cementogruntu.

Rozpracowanie tego zagadnienia wymaga prowadzenia obserwacji przebiegu i skuteczności mieszania w warunkach polowych, ponieważ modelowanie procesu mieszania gruntu w małej skali nie daje, jak się okazuje, reprezentatywnych wyników.

Podjęte zadania badawcze wymagają zrealizowania stosunkowo szerokiego, ale jednocześnie ograniczonego programu wybranych badań eksperymentalnych, obejmującego doświadczenia laboratoryjne i polowe. Szczególny nacisk położono na ustalenie korelacji pomiędzy wynikami badań wykonanych na próbkach cementogruntu wymieszanych w warunkach laboratoryjnych z wynikami badań cementogruntu uformowanego in situ i pobranego na budowie. Oczekuje się, że ustalone korelacje pozwolą na optymalizację krajowych zastosowań technologii DSM ze względu na lepsze dostosowanie procesu mieszania oraz rodzaju i ilości spoiwa do typowych gruntów występujących w Polsce.

Tezy rozprawy sformułowano następująco:

1) Prognozowanie wytrzymałości cementogruntu formowanego in situ metodą wgłębnego mieszania na mokro na podstawie badania pilotowych próbek gruntu pobranych na budowie i wymieszanych w warunkach laboratoryjnych ze spoiwem hydraulicznie czynnym wspomaga racjonalne projektowanie, ale wymaga uwzględnienia eksperymentalnie wyznaczonych współczynników korekcyjnych.

2) Optymalizowanie procesu wgłębnego mieszania gruntu in situ pod kątem zmniejszenia rozrzutu wytrzymałości cementogruntu wymaga kontroli włożonej pracy mieszania i uzasadnia potrzebę wprowadzenia odpowiedniego kryterium porównawczego.

Zakres przedłożonej rozprawy obejmuje sześć rozdziałów, w tym niniejsze wprowadzenie, jeden załącznik oraz spis literatury.

W rozdziale drugim przedstawiono aktualną praktykę wykonawczą i wyciągnięto wnioski na temat stosowanej w Europie, ze szczególnym uwzględnieniem Polski, technologii wgłębnego mieszania gruntu na mokro. Podano ogólne charakterystyki używanego sprzętu i opisano stosowane układy kolumn oraz procesy mieszania, wyszczególniając najważniejsze parametry produkcyjne. Przedstawiono także możliwości w zakresie

Rozdział 1: Tematyka, cel i zakres rozprawy

kontroli kolumn DSM w czasie formowania i po ich wykonaniu. Dla ilustracji zamieszczono szczegółowe dane o pięciu wybranych projektach zrealizowanych w Polsce, które obejmują zróżnicowane zastosowania technologii DSM.

W rozdziale trzecim zebrano opublikowane wyniki podstawowych badań właściwości cementogruntu, które stanowią zarówno materiał poznawczy jak i odniesienie do wykonanych badań własnych. Uwzględniono wpływ rodzaju i ilości użytego spoiwa hydraulicznego, rodzaju i stanu gruntów, procesu mieszania i warunków wiązania cementogruntu. Oparto się głownie na badaniach wykonanych w Japonii, gdzie metoda mieszania na mokro ma największą tradycję i gdzie wykonano jak dotąd najwięcej badań o charakterze podstawowym, oraz w USA. Porównywalne doświadczenia polskie z cementogruntem formowanym metodą DSM praktycznie nie istnieją (więcej badań dotyczy cementogruntu formowanego metodą iniekcji strumieniowej). Należy jednocześnie wyjaśnić, że tematyczny zakres przedstawionych badań obcych jest z oczywistych powodów szerszy od zrealizowanego programu badań własnych, który trzeba było dostosować do możliwości badawczych. Biorąc jednak pod uwagę aktualny stan badań i potrzeby w Polsce autorka wyszła z założenia, że zamieszczenie tych informacji będzie przydatne dla szerszego grona czytelników rozprawy.

Rozdział czwarty obejmuje własne badania podstawowe, które wykonano na próbkach cementogruntu wymieszanych i przygotowanych w warunkach laboratoryjnych. Badania zrealizowano w specjalnie do tego celu przystosowanym laboratorium w celu zgromadzenia możliwie szerokiego materiału eksperymentalnego i porównawczego.

Uwzględniono zróżnicowane grunty i spoiwa hydrauliczne oraz skupiono się na badaniu wpływu szeregu istotnych czynników, które mają wpływ na wytrzymałość i ściśliwość cementogruntu, takich jak: ilość domieszanego spoiwa, czas wiązania, wilgotność początkowa gruntu, zawartość części organicznych, zakwaszenie (pH) wody, zawartość czynników agresywnych i zanieczyszczeń ropopochodnych oraz wymiar i kształt badanych próbek. Wytrzymałość cementogruntu badano głównie w warunkach jednoosiowego ściskania, podobnie jak dla betonu, oraz w małym zakresie w aparacie trójosiowego ściskania.

W rozdziale piątym zamieszczono wyniki badań polowych, które wykonano na 6 różnych budowach w Polsce, co pozwoliło na uwzględnienie wpływu zróżnicowanych warunków gruntowych oraz zmiennych parametrów technologicznych mieszania gruntu na mokro, w tym m.in. pracy mieszania oraz ilości i gęstości pompowanego zaczynu. Wykorzystano wyniki badań kontrolnych wykonanych w ramach odbioru poszczególnych budów oraz przeprowadzono własne badania uzupełniające. Uwzględniono próbki cementogruntu pobranego ze świeżo wykonanych kolumn, próbki rdzeniowe oraz próbki wycięte z odkopanych fragmentów kolumn. Uzyskane wytrzymałości i ściśliwości cementogruntu, badane pod kątem wpływu różnych czynników, porównano z odpowiednimi badaniami laboratoryjnymi. Wykorzystano również wyniki próbnego obciążenia pojedynczej kolumny DSM do oszacowania modułu ściśliwości całej kolumny za pomocą wstecznej analizy MES.

W rozdziale szóstym zawarto podsumowanie rezultatów pracy doktorskiej, a na końcu rozprawy zamieszczono spis wykorzystanej literatury.

W załączniku zamieszczono propozycję praktycznego kryterium oceny uzyskanej wytrzymałości cementogruntu w warunkach polowych, którego aplikację

Rozdział 1: Tematyka, cel i zakres rozprawy

zademonstrowano na przykładzie wybranego wiaduktu autostrady A1, posadowionego na kolumnach DSM.

Należy podkreślić, że podjęte zadania badawcze nie były dotąd przedmiotem prac naukowych w Polsce.