Pomiar zmian oporu stożka sondy wciskanej

Pomiary oporu stożka (qc) ręcznej sondy wciskanej HYSON 5 prowadzono zgodnie z przedstawioną wcześniej metodyką. Rezultaty pomiarów przedstawiono na rys.3.18 w formie zmian oporów stożka z głębokością, mierzonych w tych samych odległościach od kolumny po 28 dniach od jej uformowania na tle pomiaru wstępnego (bezpośrednio przed przystąpieniem do formowania kolumny).

Rys. 3.18 Wyniki badania oporów stożka sondy CPT w badaniu nr 1: przed formowaniem kolumny nr 1 (kolor niebieski) oraz 28 dni po jej uformowaniu (kolor czerwony).

Porównując wyniki końcowe z pomiarem przeprowadzonym przed rozpoczęciem formowania kolumny należy zauważyć że odnotowane zmiany dotyczą jedynie dwóch najbliższych kolumnie punktów pomiarowych (odległości 15 i 21 cm czyli 1,0 i 1,4Dk).

Największą wartość oporu pomierzono 15 cm od kolumny na poziomie jej podstawy. Przyrost oporu qc w punktcie oddalonym 15 cm od osi kolumny kamiennej mieści się w zakresie od 40 kPa na poziomie góry układu do 90 kPa na poziomie spodu kolumny. Oznacza to że opór stożka charakteryzujący ogólną nośność podłoża wzrósł od 90 do 200% w stosunku do wartości pierwotnej. W punkcie oddalonym 21 cm od osi kolumny zmiany są mniejsze i wynoszą od 10 kPa na poziomie głowicy kolumny do wartości 40 kPa przy jej spodzie (stanowi to wzrost o 20 - 90%). Ogólnie można uznać, że pomierzony opór stożka w dwóch omówionych punktach wzrasta liniowo wraz z głębokością.

Wartość oporu stożka, charakteryzującego ogólną nośność podłoża, na każdym z etapów badania przedstawiono na rys. 3.19 - 3.21. Zmiany poddano analizie w zależności od czasu.

W punkcie oddalonym od osi kolumny o wartość 15 cm (1,0Dk) zaobserwowano wzrost oporów stożka bezpośrednio po uformowaniu kolumny (rys.3.19).

Rys. 3.19 Wyniki pomiarów oporów stożka w punkcie oddalonym o 15 cm od osi kolumny

Natychmiastowy przyrost wartości q_c dotyczy zwłaszcza punktów położonych bliżej podstawy kolumny, na poziomie głowicy wzrost jest minimalny. Przyrost oporów na poziomie podstawy kolumny wynosił 60kPa, tj. 100% wartości początkowej. Zmiany te należy tłumaczyć procesem formowania kolumny. Zmiany qc nie korespondują bezpośrednio z kształtem kolumny która charakteryzowała się największą średnicą na poziomie 0,44 Lk. Po upływie 8 dni od uformowania kolumny zanotowano przyrost qc na całej wysokości gruntu słabego. Po upływie kolejnych 20 dni nie zanotowano już znaczących zmian. Pomiar wykonany w tym czasie wskazuje raczej na stabilizację oporu na poziomie odczytów 8 dni po uformowaniu kolumny. Uśredniając wyniki z pomiarów 8 i 28 dni po uformowaniu kolumny można uznać, że w wyniku konsolidacji podłoża po uformowaniu kolumny nastąpił stosunkowo równy wzrost wartości qc na całej głębokości gruntu słabego. Jego wartość wynosiła ok. 35 kPa.

Analizując wyniki w punkcie oddalonym o 21 cm (1,4D_k) od osi kolumny należy stwierdzić, że dzień po jej uformowaniu zaobserwowano wzrost oporów stożka w dolnej części układu oraz nieznaczne spadki w jego górnej części (rys.3.20). Zmiany te są podobne do zaobserwowanych w punkcie oddalonym 15 cm od kolumny. Przyrost oporów na poziomie podstawy kolumny wywołany procesem formowania kolumny oszacowano na poziomie 35kPa tj.60%.

Rys. 3.20 Wyniki pomiarów oporów stożka w punkcie oddalonym o 21 cm od osi kolumny

Po upływie 8 dni od uformowania kolumny nie zanotowano praktycznie żadnych znaczących zmian w wartościach qc. Pomiar wykonany po kolejnych 20 dniach wykazał nieznaczny wzrost wartość q_c na całej głębokości. Zmiany te są niewielkie. Spadek oporu, który zaobserwowano w górnej części układu, był zjawiskiem czasowym, 28 dni po uformowaniu kolumny wartość q_c na tym poziomie była już większa niż wyjściowa.

Analiza wyników uzyskanych w punktach pomiarowych oddalonych o 30 i 40 cm od osi kolumny wskazuje na brak zmian wywołanych procesem wbijania (rys.3.21). Pomierzone wartości w czasie kolejnych serii badań są nieznacznie mniejsze lub takie same jak podczas

badania wstępnego. Brak jest wyraźnego trendu zmian. Uzyskane różnice są na tyle małe, że należy uznać, że wynikają one z niejednorodności gruntu słabego, poddanego badaniu.

Rys. 3.21 Wyniki pomiarów oporu stożka w punkcie oddalonym o 30 i 40 cm od osi kolumny

Analizując uzyskane wyniki można podjąć próbę podziału uzyskanych efektów z uwagi na czynnik, który je wywołuje. Można, zdaniem autora, wyróżnić trzy takie czynniki: proces formowania kolumny, jej praca jako drenu wywołującego konsolidację poziomą oraz proces konsolidacji gruntu słabego, związany z kierunkiem pionowym. Różnica w odczytach oporów stożka przed uformowaniem kolumny i dzień po tym procesie wskazuje na bezpośredni wpływ wbijania (formowania) na wzrost nośności podłoża, zwłaszcza na poziomie spodu kolumny. Konsolidacja (pozioma i pionowa), która najprawdopodobniej stała się czynnikiem wywołującym opisane zmiany między pierwszym a 28 dniem po uformowaniu kolumny, jest zależna od filtracji pionowej oraz poziomej. Konsolidacja pionowa występuje na całej objętości układu, natomiast filtracja pozioma jest zmienna - najsilniejsza w bliskim sąsiedztwie kolumny. Na bazie uzyskanych wyników (brak przyrostów qc w punktach odległych 30 i 40 cm od kolumny oraz znaczący wzrost q_c blisko kolumny) można wysnuć wniosek, że za dalsze (dodatkowe) wzmocnienie słabego gruntu po uformowaniu kolumny była odpowiedzialna konsolidacja pozioma. Wpływ konsolidacji pionowej był znikomy.

Aby ocenić ilościowo wielkość zmian wywołanych wbijaniem kolumny oraz konsolidacją gruntu w kierunku poziomym, na rys. 3.22 i 3.23 przedstawiono przyrosty wartości oporów qc

w odległości 15 i 21 cm od osi kolumny. Dla zilustrowania wpływu wbijania, są to różnice w wartościach uzyskanych dzień po i przed wykonaniem kolumn (∆qc=qc1-qc0), a w przypadku konsolidacji 28 dni i dzień od momentu uformowania kolumny (∆qc=qc28-qc1).

Analiza wyników uzyskanych dla punktu oddalonego 15 cm od osi kolumny (rys.3.22) wskazuje ponadto, że zmiany qc wywołane konsolidacją mają stałe wartości na głębokości układu, przy czym na głębokości ok. 0,75 długości kolumny (Lk) uzyskują one nieznacznie większe przyrosty oporów stożka niż w pozostałych miejscach. Głębokość ta koresponduje z maksymalnymi przemieszczeniami poziomymi gruntu pomierzonymi inklinometrami, a nie maksymalną średnicą uformowanej kolumny kamiennej. Nasuwa to wniosek, że zmiany

parametrów otoczenia wbijanej kolumny kamiennej zależą od jego deformacji a nie kształtu kolumny. Oczywiście obie te wielkości (kształt i deformacje) są ze sobą związane.

Ten hipotetyczny związek powinien być zweryfikowany innymi badaniami.

Rys. 3.22 Różnice w wartościach oporów stożka w punkcie oddalonym 15 cm od osi kolumny

Analiza wyników w punkcie oddalonym 21 cm od osi układu wskazuje, że podobnie jak dla punktu bliżej kolumny, wartości przyrostów oporu wynikające z formowania kolumny są w dolnej części układu większe od przyrostów wynikających z konsolidacji (rys. 3.23).

Rys. 3.23 Różnice w wartościach oporów stożka w punkcie oddalonym 21 cm od osi kolumny

Analogicznie jak wcześniej w wyniku konsolidacji w górnej części kolumny wzrost qc jest większy niż zmiany wynikające z formowania kolumny. Otrzymane wyniki nie korespondują ani z kształtem kolumny kamiennej ani z przemieszczeniami poziomymi inklinometrów.