są metodą wzmacniania słabego pod-łoża. Używane są w słabych gruntach spoistych, ale projektuje się je czasami również w gruntach niespoistych. Sto-sowane są do wzmacniania podłoża nasypów komunikacyjnych lub fun-damentów różnorakich obiektów (np.
budynków mieszkalnych, użyteczności publicznej i przemysłowych, mostów i wiaduktów, wiatraków i innych kon-strukcji). Kolumny wykonane na styk w formie palisady mogą po uzupełnie-niu zbrojeniem stanowić zabezpiecze-nie i obudowę wykopu. Natomiast po dodaniu bentonitu używane są do for-mowania przesłon przeciwfi ltracyjnych np. w wałach przeciwpowodziowych.
Najczęściej kolumny DSM wy-konywane są na podobieństwo pali jako pojedyncze. Możliwe jest z sąsiadujących kolumn (stycznych lub
Kolumny DSM
Fot. 1 Maszyna do wykonywania kolumn
Rys. 1 Fragment przykładowej metryki pokazujący kolejne zagłębiania mieszadła w czasie wykonywania kolumny
Wykonanie kolumn DSM, z pozoru proste, jest jednak trudniej-sze niż wykonywanie pali. Wynika to głównie z faktu, że materiał kolumny nie pochodzi z certyfikowanej wytwórni, lecz został wymieszany bez wizualnej kontroli z przygotowanego zaczynu oraz rodzimego gruntu i wody gruntowej.
mgr inż. Piotr Rychlewski
Instytut Badawczy Dróg i Mostów
v a d e m e c u m g e o i n ż y n i e r i i
luty 13 [103]
Fot. 2 Przykładowe mieszadło do wykonywania kolumn DSM z widocznymi poprzeczkami
wciętych) formowanie ścian, rusztów (układów ścian prostopadłych) lub bloków wymieszanego ze spoiwem gruntu. Kolumny mają zwykle: średni-cę od 0,4 do 1,0 m; długość kilku me-trów i rozstaw od 1 do 2 m. Wszystkie te wartości zależą od obciążeń i wa-runków gruntowych oraz wynikają z indywidualnego projektu i obliczeń statycznych, np. długości kolumn mogą przekraczać 20 m. Możliwe jest wykonywanie pojedynczych elemen-tów o większych wymiarach, używając specjalnych mieszadeł podwójnych lub potrójnych, których obroty są prze-ciwbieżne. Zmniejsza to przy okazji moment obrotowy przekazywany na maszynę.
Formowanie kolumny polega na za-głębieniu w grunt specjalnego mie-szadła, odspojenie gruntu i wymie-szanie ze spoiwem, którym najczęściej jest zaczyn cementowy. Znane są rów-nież metody mieszania na sucho z uży-ciem cementu i wapna podawanego pneumatycznie, w Polsce jednak bar-dzo rzadko stosowane. W czasie wy-konywania kolumny mieszadło kilka-krotnie zagłębia się w grunt z jednoczesnym obracaniem i tłocze-niem zaczynu cementowego.
Głębokie fundamentowanie Zabezpieczenia wykopów Przesłony przeciwfi ltracyjne Stabilizacja podłoża
Regulacja nabrzeży Wynajem sprzętu Projekty i koncepcje geotechniczne
Segar Sp. z o.o.
ul. A. Krzywoń 8/48, 01-391 Warszawa tel. + 48 - 22 - 3538060 fax: + 48 - 22 - 3538061 e-mail: segar@segar.pl
REKLAMA
Budowa stacji metra Świętokrzyska Budowa stacji metra Świętokrzyska
Warszawa Warszawa Dw. Wschodni Dw. Wschodni Warszawa Warszawa ul. Rakowiecka ul. Rakowiecka Technologia wykonywania kolumn
DSM wymaga, aby grunt rodzimy został dobrze wymieszany z tłoczo-nym zaczynem cementowym. Podsta-wowym kryterium oceny tego procesu jest liczba zagłębień mieszadła w grunt ustalona doświadczalnie w konkretnych warunkach gruntowych oraz obserwa-cja przez operatora jednorodności mie-szaniny wynoszonej przez mieszadło.
Jednorodność wymieszania zależy od konstrukcji mieszadła, liczby poprze-czek mieszających i sposobu działa-nia. Ponadto ocenia się jednorodność wymieszania w czasie ścinania głowic kolumn i na próbkach pobranych do badań. Przykład metryki pokazujący kolejne fazy zagłębiania mieszadła w grunt pokazano na rys. 1.
Wykonanie kolumn DSM, z pozoru pro-ste, jest jednak trudniejsze niż wykony-wanie pali. Wynika to głównie z faktu, że materiał kolumny (cementogrunt) nie pochodzi z certyfi kowanej wytwór-ni, lecz został wymieszany bez wizual-nej kontroli z przygotowanego zaczynu oraz rodzimego gruntu i wody grun-towej. Realizacja prac wymaga do-świadczenia, prób na budowie oraz kontroli procesu wykonania kolumny i przygotowania materiałów. Szcze-gólną uwagę należy zwrócić na wstępną ocenę realności wykonania i osiągnięcia zakładanych wytrzymałości w przypad-ku gruntów organicznych. Wymaga to prób na budowie lub doświadczenia w porównywalnych warunkach. Proces mieszania i tłoczenia zaczynu powinien być rejestrowany. Na fot. 5 pokazano przykładowe rozwiązanie umożliwia-jące sterowanie i kontrolę parametrów wykonania przez operatora oraz auto-matyczną rejestrację. Metryki kolumn powinny zawierać wiele informacji:
datę i godziny wykonania, rzędną po-ziomu roboczego, głębokości mieszania w funkcji czasu, rodzaj maszyny, średni-cę mieszadła, użyty cement, ewentual-ne dodatki, stosuewentual-nek w/c oraz gęstość zaczynu, zużycie zaczynu, prędkości opuszczania i podnoszenia mieszadła oraz prędkości obrotowe.
94
INŻYNIER BUDOWNICTWA
v a d e m e c u m g e o i n ż y n i e r i i
Wytrzymałość cementogruntu jest kontrolowana na zgniatanych kost-kach analogicznie jak betonu. Należy jednak pamiętać, że nie jest to beton, a kolumna nie jest palem. Wytrzyma-łości cementogruntu są dużo mniej-sze, zwykle rzędu kilku MPa (2–5 MPa) i zależą od rodzaju gruntu. W grun-tach bardzo słabych, organicznych mogą osiągać jedynie 300–500 kPa, a w piaskach lub żwirach dochodzić do 20 MPa, upodabniając się do kolumny betonowej. Rozrzut wyników ściskania kostek też może być bardzo duży w ra-mach nawet jednej kolumny i nie należy stosować rygorystycznych zasad oceny znajdujących zastosowanie w betonie towarowym. Uzyskane właściwości ce-mentogruntu mają wpływać na sztyw-ność i podatsztyw-ność wykonanych kolumn.
Na rysunkach pokazano przykładowe wyniki próbnych obciążeń kolumn wy-konanych na tym samym kontrakcie w słabych gruntach spoistych i w pia-skach (żwirach).
Projektując skład i ilość wtłaczanego za-czynu, należy również uwzględnić wodę znajdującą się w gruncie. Nie tylko ze względu na jej ilość, ograniczając jej udział w zaczynie w przypadku gruntów bardziej nawodnionych, ale również ze względu na jej skład chemiczny. W pa-lach woda agresywna lub
zanieczyszczo-Fot. 3 Mieszadło w trakcie wykonywania ko-lumny w gruntach spoistych. Widoczne trudności w prawidłowym mieszaniu i oblepienie mieszadła gruntem
na oddziałuje tylko za pośrednictwem powierzchni betonu. W kolumnach jest składnikiem mieszaniny cementogruntu i w skrajnych przypadkach może utrud-nić lub uniemożliwić wiązanie cementu.
Kolumny DSM mogą być wykonywane jedynie w gruntach niezawierających przeszkód i będących w takim stanie, który umożliwia prawidłowe wymie-szanie ze wspomaganiem tłoczonym zaczynem. Autorowi znane są projekty przewidujące wykonanie kolumn DSM w skale lub zwietrzelinie. Przekonanie
inspektora nadzoru do rezygnacji z za-kładanej głębokości mieszania wymaga-ło od wykonawcy uniesienia maszyny na mieszadle opartym na zwietrzelinie.
Kolumna DSM ze względu na słaby materiał i powolny proces wiązania jest szczególnie narażona na uszko-dzenia. W czasie wykonywania należy zadbać, aby ruch ciężkiego sprzętu w obszarze wykonywanych kolumn oraz ścinanie, skuwanie i pogłębiania wykopu nie wpływało negatywnie na wykonane wcześniej kolumny.
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00
0 200 400 600 800 1000 1200
Siła [kN]
Osiadanie głowicy kolumny [mm]
Rys. 2 Przykład wyników uzyskanych podczas próbnego obciążenia kolumny wykonanej w piaskach i żwirach
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
45,00
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Siła [kN]
Uniesienie głowicy kolumny [mm]
Rys. 3 Przykład wyników uzyskanych podczas próbnego obciążenia kolumny wykonanej w słabych gruntach spoistych
v a d e m e c u m g e o i n ż y n i e r i i
luty 13 [103]
Fot. 5 Parametry wykonywania kolumny widoczne w kabinie operatora
Do głównych zalet kolumn DSM należy:
■ brak wibracji i drgań oraz umiarko-wany hałas,
■ brak urobku i wykonanie kolumn z materiału miejscowego,
■ szybkość wykonania,
■ niższa niż pali cena.
Do słabszych stron należy niejedno-rodność cementogruntu wynikająca z właściwości i składu gruntu oraz konieczność wykonania prób wstęp-nych.
Literatura
1. EN 14679:2005 Execution of spe-cial geotechnical work – Deep soil mixing.
2. B. Gajewska, B. Kłosiński, Rozwój me-tod wzmacniania podłoża gruntowego, X Seminarium „Wzmacnianie podłoża i fundamentów”, Warszawa, 31 marca 2011 r.
REKLAMA
Fot. 4 Mieszanie kolumny
W Witkowie (Wielkopolska) powstał największy w Polsce dom wykonany w technologii szkieletu drewnianego.
Budynek zrealizowano w systemie pełnej prefabryka-cji w oparciu o masywny drewniany szkielet. Znajduje się w nim 39 lokali mieszkalnych, wykończonych „pod klucz”. Zamieszkają w nich wojskowi z Powidza. Dzięki zastosowanej technologii i prefabrykacji elementów re-alizacja od momentu uzyskania pozwolenia na budowę trwała niecałe 6 miesięcy (dokładnie 173 dni).
Inwestor: Wojskowa Agencja Mieszkaniowa OR w Poznaniu
Wykonawca: P.W. TRAK-BUD
Autor projektu: mgr inż. arch. Henryk Firley Konstruktor: inż. Grzegorz Gileta
Kierownik budowy: mgr inż. Przemysław Piotrowski
Liczba kondygnacji: 3 + podpiwniczenie Ściany zewnętrzne – grubość: 224,5 mm Ściany wewnętrzne – grubość: 137 mm Powierzchnia użytkowa: 2575,56 m2 Powierzchnia zabudowy: 3870,50 m2
Powierzchnia pomieszczeń netto: 3088,99 m2 Kubatura: 8031,37 m3
Powierzchnia drogi i parkingów w granicach działki: 3883,03 m2
Powierzchnia chodników: 481,75 m2 Powierzchnia zieleni: 8252,72 m2