STRESZCZENIE
W artykule zostały przedstawione możliwości, zalety i ograni-czenia stosowania iniekcji strumieniowej do wzmacniania pod-łoża i fundamentów budynków. Omówiono metodę jet grouting oraz kolumn DSM.
ABSTRACT
The article presents the possibilities, advantages and limita-tions of jet grouting used to improve ground and buildings' foundations. The method of jet grouting and DSM columns have been discussed.
turalny. Konieczność wykonania kondy-gnacji podziemnych obok i wewnątrz istniejących budynków wymuszała zastosowanie skutecznej metody oparcia ich fundamentów w czasie głębienia wykopów. Ze względu na swoje zalety wybrana została metoda kolumn jet grouting. Do wykonywania kolumn w tej technologii potrzebne są wiertnice o nie-wielkich gabarytach, zagłębione w grunt żerdź iniekcyjną. Niewielkie wymiary wiertnic sprawiają, że mogą one praco-wać wewnątrz istniejących budynków
mgr inż. Piotr Rychlewski Instytut Badawczy
Dróg i Mostów
(fot. 2), rozsuwane gąsienice umożliwiają wjazd takiej maszyny nawet do piwnicy obiektu przez istniejące otwory drzwiowe.
Niewielka średnica żerdzi iniekcyjnej po-zwala wykonywać kolumny przez otwory rdzeniowe wykonane w fundamencie.
Kolumna jest formowana przez wysoko energetyczny strumień zaczynu cemen-towego, który w kierunku prostopadłym do żerdzi w czasie jej zagłębiania/wy-ciągania i obrotu skrawa grunt, miesza z zaczynem oraz formuje kolumnę.
Ciśnienie tłoczonego zaczynu wynosi
Fot. 1. Budynek rewitalizowanej zabytkowej fabryki posadowiony w czasie Fot. 2. Maszyna do wykonywania kolumn wzmacniających fundamenty
technologie
listopad 2018 [166]
63
Fot. 3. Konstrukcja budynku wraz z fundamentami oparta w czasie przebudowy na kolumnach iniekcyjnych
zwykle kilkadziesiąt barów. Wielkość tego ciśnienia i sposób skoncentrowania strumienia zaczynu oraz rodzaj i stan gruntu mają wpływ na uzyskiwaną śred-nicę kolumn. W najprostszym wydaniu może być uformowana ciągła kolumna o przekroju okrągłym w postaci walca.
W szczególnych przypadkach przekrój kolumny może być tylko wycinkiem koła, a sama kolumna może być uformowana tylko na części głębokości, co ma istotne znaczenie przy wzmacnianiu gruntu pod konstrukcje znajdujące się w pewnym zagłębieniu pod terenem. Dodatkowym atutem tej technologii jest możliwość wykonywania elementów wzmacniają-cych o znacznym pochyleniu. W innych obszarach budownictwa (tunelowanie) wykonuje się nawet elementy formowa-ne pod górę. Dzięki temu pochyleniu możliwe jest wykonanie podchwycenia fundamentów przez maszynę, która operuje z boku ściany. Na fot. 3 przed-stawiono tak wykonane wzmocnienie ściany zewnętrznej budynku. Widocz-ne są wykonaWidocz-ne kolumny, na których opiera się ściana wraz z fundamentem.
Umożliwia to wykonanie wykopu pod podziemną kondygnację, a jednocześ-nie zachowajednocześ-nie istjednocześ-niejącej ściany muro-wanej. Analogiczne możliwości daje ta technologia wewnątrz budynku. Na fot.
4 można zobaczyć wykonywanie pod-ziemia w istniejącym budynku. Widoczne pod ścianami kolumny są zbrojone, dzięki temu poza funkcją posadowienia fundamentów mogą pełnić również funk-cję konstrukcji oporowej i zabezpieczenia
REKLAMA
technologie
wykopu. Umożliwia to prowadzenie robót budowlanych w podziemiu i wykonanie konstrukcji łącznie z widoczną na zdjęciu windą. W przypadku braku miejsca w podzie-miu możliwe jest wykonanie skośnych prze-wiertów wstępnych w ścianie nad fundamen-tem i całkowite ukrycie kolumn jet grouting pod ścianą. W takim przypadku prace wiertnicze należy prowadzić ze szczegól-ną starannością, aby docelowe konstruk-cje zmieściły się przestrzeni wyznaczonej przez obudowę wykopu. Wymaganie to dotyczy wszystkich technologii obudów wykopów i wymaga uwzględnienia w pro-jekcie oraz zachowania w czasie realiza-cji toleranrealiza-cji wykonawczych. Szczególnie wrażliwe na niezachowanie tolerancji są np. szyby windowe lub klatki schodowe, gdyż nie mogą być łatwo przesunięte.
Łatwiej jest z innymi pomieszczeniami, które są tylko w podziemiu. Do innych pewnych mankamentów technologii jet grouting należy duża ilość urobku i za-czynu, który należy utylizować. Wynika to z techniki formowania, która wymaga, aby zaczyn cały czas skrawał grunt i formował kolumnę, co sprawia, że przez cały czas wypływa on na powierzchnię.
Wbrew pozorom, gdyby przestał wypły-wać, byłoby jeszcze gorzej, jego wypływ świadczy o poprawności prowadzenia procesu formowania. Jeśli jest inaczej, to znaczy, że zaczyn płynie gdzieś indziej,
mia, instalacje lub kanały. Krótkotrwałe zablokowanie otworu wypływowego kęsami gruntu spoistego może dopro-wadzić do znacznego wzrostu ciśnienia w obszarze formowania kolumny. Znane
są przykłady przesunięcia konstrukcji podziemnych pod wpływem takiego wzrostu ciśnienia. Dlatego wykonywanie kolumn jet grouting wymaga doświadczonego wykonawcy i dobrego nadzoru.
Fot. 4. Wykonanie kondygnacji podziemnej w istniejącym budynku możliwe dzięki zastosowaniu kolumn jet grouting
Fot. 5. Dolna część mieszadła kolumn DSM wyposażona w dysze do tłoczenia zaczynu pod dużym
technologie
listopad 2018 [166]
65
Fot. 6. Mieszadło oraz platforma z wykonanymi kolumnami
Niewątpliwe zalety kolumn jet grouting można wykorzystać również przy wzmocnieniu podłoża obiektów infrastruktury komunikacyjnej. Twórcze wykorzystanie zalet tej technologii, takich jak mała maszyna, możliwość formowania kolumn o dużym pochyleniu lub nieciągłych po długości odwiertu, może sprawić, że zastosowanie jet grouting zakończy się sukcesem technicznym. Trzeba jednak stwierdzić, że kolumny wykonane w technice iniekcji strumieniowej nie są optymalnym rozwiązaniem problemu słabego podłoża. Decyduje o tym wysoki koszt i duża ilość odpadu. Również duża sztywność osiowa, będąca zaletą przy wzmacnianiu istniejących fundamentów, nie zawsze musi być korzystna we wzmacnianiu podłoża konstrukcji podatnych, takich jak np. nasyp drogowy. Efektywniejsze w rozwiązaniu zagadnienia wzmacniania podłoża są zwy-kle inne technologie, na przykład kolumny DSM (Deep Soil Mixing). Jednak i one nie są wolne od ograniczeń. W przy-padku kolumn DSM ważna jest dokładność wymieszania gruntu rodzimego. Jest to trudne w gruntach silnie spoistych, takich jak np. iły. Tradycyjne mieszadło DSM z poziomymi obracanymi poprzeczkami i punktowym wylotem zaczynu nie jest w sta-nie wymieszać takiego gruntu w homogeniczną mieszaninę.
Pozostaną w niej duże wtrącenia rodzimego gruntu, które będą osłabiać strukturę kolumny. W trudnych warunkach re-alizacyjnych poszukuje się sposobów na poprawienie jedno-rodności wymieszania cementogruntu. Jednym ze sposobów wspomagających urabianie i mieszanie gruntów w kolumnie jest twórcze połączenie zalet różnych technologii. Przy-kładem takiego rozwiązania są kolumny DSM, w których mieszadło wyposażone jest w dysze iniekcyjne do zaczynu