zmienność parametrów i jest niejednorodny.
K
olumny DSM najpowszechniej są stosowane do wzmacnia-nia słabego podłoża nasypów lub obiektów inżynierskich. W sprzy-jających warunkach posadawia się na takich kolumnach dość duże obiekty (np. fot. 1). Kolumny wykonuje się za pomocą mieszadła składającego się z żerdzi i zamocowanych do niej po-przeczek. Na końcu żerdzi znajduje się otwór, którym jest tłoczony do gruntu zaczyn cementowy ułatwia-jący samo mieszanie i zapewniaułatwia-jący końcową wytrzymałość uformowanej kolumny z cementogruntu. Przykła-dowe mieszadło pokazano na fot. 2.Szczegóły wykonania podano w arty-kule dotyczącym kolumn DSM w „IB”
nr 2/2013, a dodatkowe informacje można znaleźć w dostępnej literatu-rze [1], [2]. W normie [1] pokazano różne możliwe sposoby wykonania kolumn w planie, poczynając od stan-dardowych pojedynczych w układzie trójkątnym lub kwadratowym, po konstrukcje ścianowe (wykorzysty-wane np. w palisadach) oraz ruszty
i duże bloki cementogruntu. Fot. 1 Ι Obiekt posadowiony na kolumnach DSM
vademecum geoinż ynierii
Fot. 2 Ι Mieszadło DSM
Fot. 3 Ι Mieszadło obklejone cząstkami gruntu spoistego
Fot. 4 Ι Niejednorodność wymieszania kolumny
Zasadniczy wpływ na jakość wykona-nej kolumny ma grunt, w którym się ją wykonuje. Dwa najistotniejsze za-gadnienia dotyczą uzyskiwanych wła-ściwości (wytrzymałości) i związanej z tym jednorodności wymieszania. Wy-trzymałość materiału kolumny może w korzystnych warunkach zbliżać się do wytrzymałości osiąganych przez kolumny betonowe (kilka lub kilkanaście MPa), a w gruntach trudnych – jak namuły lub torfy – rozpoczynać się od 200 kPa. Należy mieć na względzie, że nawet przy najstaranniejszym wykona-niu, odpowiednim dozowaniu cementu oraz dokładnym wymieszaniu materiał kolumny będzie miał gorsze parame-try od betonu i będzie bardziej
niejed-norodny w swej masie, co wynika ze zmiennych warunków gruntowych. Ze względu na mieszanie poziome (o pio-nowej osi obrotu żerdzi) stosunkowo niewielkie jest wymieszanie materiału kolumny w pionie. Wynika ono jedynie z zagłębiania i wyciągania żerdzi w cza-sie ruchu obrotowego. Dlatego na różnych głębokościach kolumny możli-we jest uzyskanie materiału o różnych wytrzymałościach i różnym stopniu homogenizacji cementogruntu. Nawet intuicyjnie można się spodziewać, że są grunty, które się lepiej lub gorzej mieszają. Do łatwiejszych należą grun-ty niespoiste, natomiast najtrudniej-sze do mieszania są iły i gliny. Na fot.
3 pokazano przykład takich gruntów:
widać mieszadło, które wyjęte z wy-konywanej kolumny jest oblepione czę-ściami spoistymi gruntu, w skrajnym przypadku takie grunty mogą obkleić jakby kulą mieszadło i wówczas w cza-sie pracy praktycznie niczego ono nie miesza. Dlatego w czasie pracy ważna jest optyczna kontrola mieszadła przez operatora po wyjęciu na powierzchnię platformy roboczej. Podczas miesza-nia kawałki gruntu mogą się oderwać w ostatniej fazie wykonania i pozo-stać niewymieszane w masywie ko-lumny. Przykład odkopanej kolumny, w której widoczne są niejednorod- ności wymieszania gruntów silnie spo-istych, pokazano na fot. 4.
Należy pamiętać, że wskazane ce-chy są po prostu właściwościami kolumn DSM. W przypadku dużej liczby kolumn wzmacniających podło-że parametry kolumn uśredniają się i kolumny bezpiecznie mogą przeno-sić obciążenia od nasypów czy fun-damentów. Trzeba jednak zachować ostrożność przy projektowaniu kon-strukcji, w których wiele zależy od każdej pojedynczej kolumny, jak np.
w palisadach czy pojedynczych ko-lumnach przenoszących skoncentro-wane obciążenia.
vademecum geoinż ynierii
W celu oszacowania potrzebnej liczby obrotów mieszadła dla róż-nych rodzajów gruntu wprowadzono w Japonii wskaźnik wymieszania T, określający liczbę obrotów pojedyn-czej belki mieszadła na jeden metr głębokości kolumny (szczegóły moż-na zmoż-naleźć również w literaturze krajowej, np. [3]).
Wskaźnik wymieszania określa się wzorem:
T = M × (Rp /Vp + Rw /Vw) × n gdzie:
T – wskaźnik wymieszania [obr./min];
M – liczba belek mieszających; Rp – prędkość obrotowa mieszadła w cza-sie pogrążania [obr./min]; Vp – pręd-kość liniowa pogrążania mieszadła [m/min]; Rw – prędkość obrotowa mie-szadła w czasie podnoszenia [obr./
min]; Vw – prędkość liniowa podnosze-nia mieszadła [m/min]; n – liczba peł-nych cykli mieszania (dół–góra).
Minimalny wskaźnik wymieszania wy-nosi dla piasków grubych ok. 300 obr./min, a dla glin i iłów powinien sięgać 500 obr./min. Jednorodność wymieszania należy kontrolować na budowie, pobierając próbki i obserwu-jąc mieszadło oraz opory mieszania w czasie wykonywania kolumny. Pró-bą rozwiązania problemów z miesza-niem trudnych gruntów jest zasto-sowanie mieszadeł wielokrotnych. Na fot. 5 pokazano potrójne mieszadło, w którym przeciwbieżnie obracające się żerdzie pozwalają wyeliminować część problemów z jednorodnością wymieszania. Ponadto umożliwiają wykonanie potrójnej kolumny o więk-szych wymiarach.
Innym sposobem mieszania gruntu jest technologia CSM (ang. cutter soil mixing): na końcu żerdzi znajdują się dwa skrawająco-mieszające bęb-ny z zębami o poziomej osi obrotu.
Fot. 5 Ι Maszyna z potrójnym systemem mieszania
Fot. 6 Ι Obiekt posadowiony na funda-mentach blokowych CMS
vademecum geoinż ynierii
Wykorzystywane urządzenie jest podobne do hydrofrezu używanego przy wykonywaniu ścian szczelino-wych, tworzy ono docelowo blok ce-mentogruntu. Na fot. 6 pokazano obiekt posadowiony na takich blokach.
Miały one wymiary w planie 0,55 × 2,20/2,40 m i były w stanie prze-nosić razem z wykonanymi kotwami duże obciążenia poziome występu-jące w tym obiekcie. Uzyskano na nim wytrzymałości cementogruntu wynoszące 15 MPa.
W przypadku ciągłych ścian lub rusz-tów fundamentowych można poku-sić się o zastosowanie urządzenia do mieszania gruntu stosowanego na wałach przeciwpowodziowych. Na fot. 7 pokazano maszynę zwaną trenczerem, która na prowadnicy, zapewniającej tłoczenie zaczynu do gruntu, ma łańcuch poruszający się
ZabeZpiecZanie głębokich wykopów