WPŁYW WYBRANYCH CZYNNIKÓW NA GEOMETRIĘ KOLUMN INIEKCYJNYCH
2. KSZTAŁT I WYMIARY KOLUMN INIEKCYJNYCH
Projektowanie i wykonawstwo posadowień pośrednich wykonywanych w technologii iniekcji strumieniowej w dużej mierze bazuje na doświadczeniach firm stosujących tę technikę. Dzięki wykorzystaniu wzorów empirycznych oraz próbnych obciążeń kolumn iniekcyjnych określenie i zbadanie dopuszczalnej nośności kolumn nie stanowi większego problemu. Problem pojawia się, gdy na etapie projektowania należy określić rzeczywistą średnicę kolumn iniekcyjnych.
Do najważniejszych czynników mających wpływ na uzyskiwaną geometrię kolumn iniekcyjnych można zaliczyć:
- rodzaj i stan gruntu, w którym jest formowana kolumna, - rodzaj systemu iniekcji strumieniowej,
- ciśnienie iniekcji,
- prędkość podciągania żerdzi iniekcyjnej, - prędkość obrotową żerdzi iniekcyjnej, - liczbę i średnicę dysz iniekcyjnych, - stosunek w/c zaczynu cementowego,
- zużycie cementu (kg/mb kolumny lub kg/m3 zaczynu).
W zależności od wyżej wymienionych czynników, pobocznica kolumn może przybierać różne kształty (rys. 1, 2). Należy także pamiętać, iż średnica głowicy kolumny iniekcyjnej jest większa niż średnica kolumny na jej długości (rys. 1). Jest to związane z procesem formowania kolumny. Tuż przy powierzchni terenu strumień iniekcyjny cechuje się większym zasięgiem oddziaływania, a co za tym idzie, uzyskuje się większe średnice głowicy kolumny iniekcyjnej [1].
a) b)
Rys. 1. a) Odsłonięta kolumna iniekcyjna zbrojona (l=7,0m; do głębokości 2,0 m: D=1,0÷1,2 m; poniżej głębokości 2,0 m: D=0,5÷0,6 m); b) powierzchnia pobocznicy kolumny iniekcyjnej niezbrojonej (l=7,0 m; głowica kolumny: D=1,6 m; poniżej: D=0,8÷1,0 m) (fot. Joanna Bzówka) [1]
Rys. 2. Przykładowe kształty pobocznicy kolumn iniekcyjnych (fot. Joanna Bzówka, Konrad Wanik)
Precyzyjny pomiar uzyskanych średnic kolumn iniekcyjnych jest możliwy przez ich odsłonięcie. W tym celu wykonuje się wykop, a następnie mierzy średnice uzyskanych kolumn (rys. 3, 4). Zebrane dane mogą posłużyć do szczegółowej analizy, w jaki sposób rodzaj gruntu i jego stan, a także parametry technologiczne iniekcji wpływają na wymiary kolumn.
Rys. 3. Odsłonięcie kolumn iniekcyjnych [4]
Rys. 4 Pomiar średnicy kolumny iniekcyjnej odsłoniętej do głębokości 3,5 m [5]
Na rysunku 4 przedstawiono pomiary odsłoniętej kolumny iniekcyjnej wykonanej w miejscowości Aliaga w Turcji [5].
Podłoże gruntowej, w którym wykonano kolumny iniekcyjne składało się z twardoplastycznych iłów piaszczystych zalegających do głębokości 0,5 m, średnio zagęszczonych piasków zalegających do głębokości 3,0 m, poniżej których podłoże jest zbudowane z półzwartych iłów piaszczystych do głębokości 9,0 m, zagęszczonych piasków ze żwirem (do głębokości 12,0 m). Poniżej zalega warstwa zwartej zwietrzeliny gliniastej.
Zwierciadło wody gruntowej występowało na głębokości 2,5 m ppt.
Kolumny wykonano systemem jednostrumieniowym z wykorzystaniem wcześniejszego wczesnego płukania. Parametry iniekcji przedstawiono w tablicy 1.
Wszystkie kolumny testowe (29 sztuk) zostały odsłonięte do głębokości 3,5 m, licząc od poziomu platformy roboczej. Średnice kolumn zostały pomierzone co 50 cm. Średnice
kolumn wahały się w przedziale od 60 do 85 cm. Zauważono także niewielkie zmniejszenie średnicy kolumn na obszarze występowania wody gruntowej.
Średnia wartość wytrzymałości na ściskanie próbek tworzywa gruntowo-cementowego (237 szt. próbek) wyniosła 6,8 MPa.
Tablica 1. Parametry technologiczne iniekcji strumieniowej[5]
Parametry iniekcji
średnica kolumny iniekcyjnej mm 600
ciśnienie iniekcji MPa 55
liczba dysz iniekcyjnych szt. 2
średnica dysz iniekcyjnych mm 1,8
prędkość obrotowa żerdzi iniekcyjnej obr./min 20 prędkość podciągania żerdzi iniekcyjnej mm/min 350
zużycie cementu kg/m3 630 ÷ 710
stosunek w/c - 1:1
rodzaj cementu - OPC 42,5
Rysunki 5 i 6 przedstawiają przykłady odsłoniętych kolumn iniekcyjnych, wykonanych na poligonie doświadczalnym w dzielnicy Bemowo, w północno-zachodniej części Warszawy. Podłoże gruntowe charakteryzuje się występowaniem gruntów piaszczystych z licznymi mniej lub bardziej regularnymi przewarstwieniami, wkładkami i soczewkami gruntów spoistych. Lokalnie występowały izolowane płaty gliny zwałowej. Poziom wód gruntowych występował w warstwie piasków czwartorzędowych, na głębokości 2,5÷6,5 m ppt. Kolumny iniekcyjne wykonano w warstwie piasków drobnych o stopniu zagęszczenia ID=0,45 systemem pojedynczym oraz podwójnym.
Parametry iniekcji kolumn wykonanych systemem pojedynczym zestawiono w tablicy 2, zaś parametry iniekcji kolumn wykonanych systemem podwójnym w tablicy 3.
Po odsłonięciu kolumn iniekcyjnych okazało się, że struktura pobocznicy była zróżnicowana w zależności od wartości prędkości obrotowej żerdzi iniekcyjnej. Rysunki 5 i 6 przedstawiają pobocznice kolumn wykonanych systemem pojedynczym i podwójnym.
Tworzywo gruntowo-cementowe pobrane z odsłoniętych kolumn zostało poddane badaniom wytrzymałościowym w aparacie jednoosiowego ściskania. Średnia wartość wytrzymałości na ściskanie próbek materiału kolumn wykonanych w systemie pojedynczym przy prędkości obrotowej żerdzi Vobr żerdzi=24 obr/min, wyniosła 5,65 MPa, zaś dla próbek tworzywa gruntowo-cementowego wykonanych w systemie podwójnym (dla tej samej wartości Vobr żerdzi) wyniosła 4,95 MPa.
a) b)
c) d)
Rys. 5. Kolumny iniekcyjne wykonane systemem pojedynczym z zastosowaniem różnych wartości prędkości obrotowej żerdzi Vobr żerdzi; b) Vobr żerdzi= 24 obr/min; c) Vobr żerdzi= 16 obr/min.;
d) Vobr żerdzi= 8 obr/min (Fot. ZRI Chrobok) [6]
Tablica 2. Parametry technologiczne formowania kolumn systemem jednostrumieniowym [6]
Kolumna iniekcyjna nr 2/1
nr 2/2
nr 2/3
Data wykonania 20.03.2009
Rodzaj i stan gruntu
Piasek drobny, ID=0,45 (SPT=10) Ciśnienie iniekcji [MPa] 35
Średnica dysz [mm] 3,5
Prędkość obrotowa żerdzi
Vobr żerdzi [obr/min] 24 16 8
Rodzaj cementu CEM II BV 32,5
Gęstość zaczynu [g/cm3] 1,51 Ilość zużytego cementu [kg] 700
Stosunek w/c 1
Wydatek sprężonego
powietrza [m3/min] -
Ciśnienie powietrza [MPa] - Czas formowania kolumny
iniekcyjnej [s/m] 120
Projektowana średnica
kolumny iniekcyjnej, [m] 0,8 Średnica kolumny iniekcyjnej
po odkopaniu kolumny iniekcyjnej, [m]
0,9
÷ 1,0
0,8
÷ 1,1
0,8
÷ 1,2
UWAGI -
a) b)
c) d)
Rys. 6. a) Kolumny iniekcyjne wykonane systemem podwójnym z zastosowaniem różnych wartości prędkości obrotowej żerdzi Vobr żerdzi; b) Vobr żerdzi= 24 obr/min; c) Vobr żerdzi= 16 obr/min.;
d) Vobr żerdzi= 8 obr/min (Fot. ZRI Chrobok) [6]
Tablica 3. Parametry technologiczne formowania kolumn systemem dwustrumieniowym [6]
Kolumna iniekcyjna nr Ciśnienie iniekcji [MPa] 35
Średnica dysz [mm] 3,5
Prędkość obrotowa żerdzi
Vobr żerdzi [obr/min] 24 16 8
Rodzaj cementu CEM II BV 32,5
Gęstość zaczynu [g/cm3] 1,51 Ilość zużytego cementu [kg] 700
Stosunek w/c 1
Wydatek sprężonego
powietrza [m3/min] 9
Ciśnienie powietrza [MPa] 0,9 Czas formowania kolumny
iniekcyjnej [s/m] 120
Projektowana średnica
kolumny iniekcyjnej, [m] 1,5 Średnica kolumny iniekcyjnej
3. PODSUMOWANIE
Z przedstawionych danych wynika, że rodzaj i stan gruntu, system iniekcji oraz przyjęte parametry technologiczne iniekcji wpływają na otrzymywane kształty i geometrię kolumn iniekcyjnych.
Istnieje potrzeba stworzenia bazy danych, zawierającej informacje dotyczące:
warunków gruntowo-wodnych, w których były wykonywane kolumny iniekcyjne;
parametrów iniekcji użytych do wykonania kolumn, oraz opis kształtu i wymiarów kolumn, uzyskanych po odsłonięciu kolumn iniekcyjnych. Ważną informacją będzie również znajomość wartości wytrzymałości na ściskanie próbek tworzywa gruntowo-cementowego.
Autorki mają nadzieję, że w przyszłości uda się stworzyć taką bazę danych, która przyczyni się do bardziej dokładnego szacowania wymiarów kolumn.
Piśmiennictwo
[1] Bzówka J.: Współpraca kolumn wykonywanych techniką iniekcji strumieniowej z podłożem gruntowym. Monografia, Gliwice 2009.
[2] Collotta T., Frediani A., Manassero V.: Features and results of a jet-grouting trial field in very soft peaty soils. Proceedings of GeoSupport Conference 2004.
[3] Croce P., Flora A.: Analysis of single-fluid jet grouting. Geotechnique, 2000, Vol. 50, No. 6, 739-748.
[4] Gokalp A., Duzceer R.: Ground improvement by jet grouting technique for foundations of a natural gas combined cycle power plant in Turkey. 9th International Conference of Piling and Deep Foundations, Nice 2012, s. 264-271.
[5] Burke G.: The state of the practice of jet grouting. 4th International Conference on Grouting and Deep Mixing. New Orleans, 2012.
[6] Bzówka J., Urbanek Z.: Wpływ prędkości obrotowej żerdzi na parametry kolumn iniekcyjnych. Inżynieria i Budownictwo, nr 4/2011, s. 221-222.
INFLUENCE OF VARIOUS FACTORS