Problematyka zagęszczania zasypek wokół obudowy tunelu metra

Prognoza zmian warunków gruntowo-wodnych na trasie metra od Kabat do ul. Wawelskiej. Instytut Geologiczny 1984.

7. Pac z y ń ski B„ Perek M. - Warunki geolo-giczno-inżynierskie i hydrogeologiczne na trasie pierw-szej linii metra w Warszawie. Mat. Konf. „Metro a środowisko przyrodnicze". Generalna Dyrekcja Bu-dowy Metra. 1986.

8. P i n i ń s ·k a J. - Inżyniersko-geologiczna charaktery-styka glin zwałowych w nadkładzie węgla brunatnego okolic Turka. Biul. Geol. Wydz. Geol. UW. 1969, t. 11.

9. Pi n ińska J. et al. - Analiza zmian własności fizyko-mechanicznych gruntów spoistych w wyniku zawodnienia w rejonie trasy I linii metra. Uniw. Warsz. Zakład Prac. Geol. 1985.

10. Szyman ko J„ Dąbrowski S". - Prognoza zmian warunków hydrogeologicznych w Dolince Służe­ wieckiej szlak B-6 metra. Zakład Usług Technicznych NOT. Warszawa 1985.

11. V u C a o M i n h - Nowa metoda badań konsoli-dacji gruntów. Archiwum Hydrotechniki 1977, z. 2. 12. Wysokiński L. - Wpływ spękań w glinach zwa-łowych na stateczność skarpy wiślanej w Płocku na tle analizy aktualnych powierzchniowych ruchów ma-sow)'ch. Biul. Geol. Wydz. Geol. UW, 1967, t. 9.

SUM MARY

Determining of the geotechnical parameters around the undergrounds constructions appers fairly difficult. Due to variability of the geological conditions along severa! kilometers of the underground line are observed many changes of the groundwater regime and stress state. These factors determine high variability of phisico-mecha-nical properties of soils. Changes in water content result

in changes in soil structure, shear strenght, resistance to low temperatures and dynamie loading, etc.

Oedometer and consolidometer tests of soils make possible estimation of various deformability in function of moisture and stress state or nature of consolidation processes and permeability of soils. ·calculations show that the way of settlement mainly depends on unhomo-genuity of geological structures. It cause the high variability of properties of the soils. The latter should be determined. taking into account the expected changes in moisture and stress in the soil massif around underground tunnels.

PE3JOME

Onpe,a,eneH111e reoTexH1111.1ecK111x napaMeTpos B oKpy>t<e-Hllllll MeTpo 3aTpy,a,HeHo 1113-3a 1113MeH1.1111socT111 reonor1111.1ec-Koro CTpoeHHJI B,D,Onb MHOrOKHnoMe::rpoBOM TpaCCbl, 1113-MeHl.IHBOCTlll pe>t<1>1Ma rpyHTOBblX BOA Ili "13MeHeHHM Ha-npR>t<eHHoro COCTOJIHHJI B03HHKalO~HX np111 nocTpoi1Ke 111 lKcnnyaTal-'111111 MeTpo. 3T111 cpaKTOpbl 06ycnosn111sa10T nepe_MeHHOCTb cp1113111KO-MexaHllll.łeCKlllX CBOMCTB rpyHTOB. "°13MeHeHlllJI Bna>KHOCTlll Bbl3blBalOT CTpyKTYPHble 1113MeHe-HlllJI rpyHTa, KOTOpb1e OTpa>t<alOTCJI B conpoTlllBneHllllll c,a,s111ry, ycTOM"'IHBOCTlll K 803,D,eMCTBllllO H1113KlllX TeMnepa-TYP 111 ,a,1>1HaM1>11.1ecK1>1x Harpy3oK.

"1ccne,a,oaaH1>1J1 ,a,ecpopM1>1pyeMoCT1>1 rpyHTa B . 3,a,o-MeTpe Ili KOHCOnH,D,O3,a,o-MeTpe ,a,enalOT B03MO>KHblM onpe,a,ene-Hllle 1113MeHl.IHBOCTlll C>KlllMaeMOCTH rpyHTa B cpyHKL-'111111 sna>K-HOCTlll 111 HanpR>t<eH111J1, xapaKTepa npol-'ecca K0Hcon111,a,a'-'111111 111 cp111nbTpal-'lllOHHblX csoi1cTB rpyHTa. AnbTepHaT1>1BHb1e Bb11.1111cneH111J1 YK.a3b1Ba10T Ha To, 1.1To xo,a, oca,a,K111 3as1>1c111T npe>t<,a,e scero OT reonor1>11.1ecKoM 1>11MeHl.fHBOCT111. Y1.1e-Tb1BaJ1 1Hal.f111TenbHY10 nepeMeHHOCTb CBOMCTB rpyHTOB, sen1>11.1111Hbl reoTexH111YecK111x napaMeTpoB cne,a,yeT onpe-,a,enRTb B CBJl3111 c nporH03111poBaHHblMH "13MeHeHHJIMH sna>K-HOCTlll Ili HanpR>t<eHlllM B rpyHTOBOM Macc111se OKpy>t<alO~lllM MeTpo.

MAREK OBRYCKI, STANISŁAW PISARCZYK

Politechnika Warszawska

PROBLEMATYKA

ZAGĘSZCZANIA

ZASYPEK

WOKÓŁ

OBUDOWY TUNELU METRA

Na odcinkach metra budowanego metodą odkrywkową powstaje konieczność wykonania nasypów (zasypek) za-równo za, jak i nad obudową tunelu. Z uwagi na projekto-wanie na tych nasypach jezdni ulic, problem właściwego wykonania zasypek jest bardzo istotny ze względu na wymagania normowe. Dlatego w Instytucie Dróg i Mostów Politechniki Warszawskiej wykonano, na zlecenie General-nej Dyrekcji Budowy Metra w Warszawie, badania

obejmu-jące problem zagęszczenia zasypek wokół obudowy tunelu metra (3). Celem pracy było:

I) opracowanie prognozy · os~kdania zasypek,

2) ustalenie optymalnych warunków zagęszczania grun-tów za i nad obudową tunelu metra,

3) opracowanie wytycznych wykonawstwa kontroli i od-bioru robót zmiennych za i nad obudową tuneli metra budowanych metodą odkrywkową ( 4).

UKD 624.138.21 :624.193(438.111)

PROGNOZA OSIADAŃ ZASYPEK PRZY TUNELU METRA

Zasypki pomiędzy ścianą tunelu a ścianą wykopu mają

szerokość 80-150 cm. Wysokość zasypek obok ścian

tunelu wynosi 6 m (stacje 9 m) oraz dodatkowo ok. 4 m nasypu nad płytą górną tunelu. Zasypki pomiędzy tunela-mi mają szerokość zmienną od 2 do 6 m. Projektuje się wykonywać zasypki z gruntów miejscowych niespoistych i spoistych. Do obliczania osiadań zasypek moduły dla gruntów niespoistych przyjęto z normy PN-81/B-03020, a dla gruntów spoistych (zagęszczanych)· określono na podstawie badań edometrycznych. Bo badań użyto piasku gliniastego z budowy, dla którego wykonano badania ściśliwości przy następujących wskaźnikach zagęszczenia

/

5

=

0,85; 0,90 i 0,95 i wilgotności naturalnej. Po

niu osiadań próbek przy ostatnim stopniu obciążenia,

w celu wyjaśnienia wpływu wody gruntowej na dodatkowe osiadania, próbki zalano wodą mierząc osiadania. Wyniki

badań podano na ryc. 1.

Z przeprowadzonych obliczeń wynika, że:

a) pod obciążeniem własnym najwięcej osiadać będą nie

zagęszczone zasypki z gruntu spoistego (8, 7 cm).

Osia-danie nie zagęszczonych zasypek z piasku średniego

oszacowano na ok. 3,2 cm;

b) w wyniku podniesienia się poziomu wody gruntowej obok tunelu metra może wystąpić dodatkowe osiadanie zasypek nie zagęszczonych z gruntu spoistego,

wy-noszące ok. 14,3 cm (łączne osiadanie wyniesie ok.

23 cm). Grunty spoiste zagęszczone. pod wpływem wody osiądą nieznacznie.

c) największe osiadania zasypek nie zagęszczonych mogą

wystąpić pod wpływem drgań rozchodzących się od tunelu metra i ruchu na powierzchni· terenu. Osiadania te, w przypadku zasypek z ·piasku, mogą wynosić

53 cm, zaś zasypek z gruntu spoistego 65 cm.

Powyższe wyniki przewidywanych osiadań świadczą o

ko-nieczności prawidłowego zagęszczania zasypek przy tunelu

metra.

USTALENIE OPTYMALNYCH WARUNKÓW

ZAGĘSZCZANIA GRUNTÓW OBOK OBUDOWY

TUNELU METRA

W celu ustalenia optymalnych warunków zagęszcza­

nia gruntów (1) wykonano próbne zagęszczenia na polet-kach doświadczalnych, używając do badań różnych grun-tów miejscowych i maszyn zagęszczających. Wykonano próbne zagęszczenia na trzech poletkach. Uziarnienia

19,6 19,5 'E' 19,4 .!. 19,3 :i 19,2 l 19,1 "

i

19,0 ;. 11,9 I .c _11.1 18.7 100 200 obciqż•nie G [kPa] I 400 ·~ ~

Ryc. 1. Zależności osiadania gruntu spoistego z zasypki metra

od obciążenia i wskaźnika zagęszczenia

Fig. 1. Dependence of subsidence of cohesive soi/ fili for under-ground line works on loading and relative compaction

gruntów wbudowanych w nasypy próbne na poletkach pokazano na ryc. 2, a ich charakterystykę geotechniczną

przedstawia tabela.

Poletko nr 1 zostało wykonane w szczelinie pomiędzy

ścianą tunelu metra a ścianką berlińską. Szczelinę na

całej szerokości (ok. 0,8 m) zasypano do wysokości 0,5 m piaskiem średnim. Do zagęszczenia użyto zagęszczarkę

wibracyjną WP-2. Poletko zostało podzielone na trzy

części. W części pierwszej maszyna zagęszczała grunt dwukrotnie w części drugiej - czterokrotnie, a w części

trzeciej sześciokrotnie ślad po śladzie (ryc. 3). Próbki gruntu (kontrolne) do badań zagęszczenia pobierano cy-linderkami. Wyniki badań pokazano na ryc. 4.

Z uwagi na wymagany wskaźnik zagęszczenia Is ~ 0,95, na podstawie uzyskanych wyników (Is ~ 0,95) można

stwierdzić małą przydatność zagęszczarki WP-2 do

za-gęszczania zasypek. Wymiary w planie poletek nr 2 i 3

wynosiły 1 O ~ 15 m. Każde z poletek podzielono na trzy

części o zróżnicowanych miąższościach zagęszczanej warst-wy. Dla poletka nr 2 miąższości poszczególnych warstw

wynosiły: 14 cm, 22 cm i 37 cm, a dla poletka nr 3: 30 cm, 50 cm i 70 cm. Jednocześnie na każdej z części wyodrębiono

4 pasy o szerokości około 1 m (dla czterech maszyn

za-gęszczających), a każdy z pasów podzielono na 3 odcinki

(dla 2, 4 i 6 przejść maszyny zagęszczającej ślad po śladzie).

Zagęszczenie kontrolowano cylinderkami o znanej

objęto-Fra CIO _~ iff'>W'j _oo

o;

9 -u; I •N ·c: 8 o _·~ 7 o ii) ·~

Ryc. 2. Krzywe uziarnienia gruntów z poletek

Fig. 2. Curves of grain size distribution for soils from test fie/ds

selana tunelu metra

~.{ ''''''''''''rO'''''g'f''''''fg''''''ssł''''.'''Y't''''.'O''f'''"''"'"'

.... : _{:o o:} , : _:O ~_{o: :o} --e~~~ _O:

Ryc. 3. Szkic poletka Fig. 3. Sketch of test field

CHARAKTERYSTYKA GRUNTÓW UŻYWANYCH NA POLETKACH

Nr

Rodzaj _gruntu w•r w•r p w•r L wopt Pds

poletka _{% % % %} g/cm3 1 niespoisty 7,6 - - 10,2-11,8 _(10,8) 1,782-1,835 _(1,812) 2 spoisty 11,7 12,6 18,0 9,0-9,9 _(9,5) 2,002 - 2,031 _(2,016) 3 niespoisty 6,5

-

- 9,0-9,6 _(9,4) 1,778-1,802 (1,790)

80

ści, a także penetrometrami stożkowym i igłowym w celu sprawdzenia przydatności tych urządzeń do kontroli za-gęszczenia zasypek gruntowych.

Przykładowe wyniki badań dla zagęszczarek WP-2 i WZK-10 w formie zależności wskażnika zagęszczenia

od liczby przejść maszyny pokazano na ryc. 5. Badania na poletkach nr 2 i 3 potwierdziły generalny wniosek, że

badany sprzęt ma małą przydatność do zagęszczania za-sypek wokół obudowy tunelu metra.

Badania penetrometrem stożkowym

Do badań użyto penetrometru stożkowego (ryc. 6) z końcówką o wysokości h :: 64 mm i kącie wierzchołko­ wym a

=

30° (2). Dla każdej grubości warstwy i dla każdej liczby przejść maszyny zagęszczającej wykonano badania oporu penetracji w kilku punktach (5+10) na głębokość

równą wysokości stożka. Mając określoną siłę oporu wciskania stożka penetrometru w grunt P obliczono wskaź­

nik penetracji R ze wzoru: R

=

E_

h2

Zależność wskaźnika penetracji od gęstości objętościowej

pokazano na ryc. 7 i 8. Z powyższych rycin wynika, że

Ryc. 4. Zestawienie wyników badań

za-gęszczenia gruntu zagęszczarką WP-2 na poletku nr I

Fig. 4. Comparison of results of soi! com-paction tests made with the use of

mecha-nical tamper WP-2 in test field 1

~ Poletko nr. 2 0,9

0,90

085 aso

0,95

0,90

0.85 0,80 o ~ 1,90 1,80 1,70 '/' 1,60 WP-2 Poletko nr. 2 /

/

WZK -10 10 20 30 40 SO łc~J o 2s+2 2s+4 n o.o-o, 22 2s +6 n

2s+2 - 2przejścia bez wibracji plus 2 przejścia

z wibracjq 2 Poletko n~. 3 1.00 Q9 0-30 _0-50 q9o o -70 WP-2 as5 o 2 4 n

n - liczba przejść maszyny Ryc. 5. Wyniki badań próbnego zagęszczania wykonanego na

po-letku nr 2 i 3 dla zagęszczarki WP-2 i WZK-10 Fig. 5. Results of analysis of preliminary compaction made in the

test fields 2 and 3 with the use of WP-2 and WZK-10

wraz ze wzrostem pd wzrasta wskaźnik penetracji. Zależ­

ność tę charakteryzuje jednak duży rozrzut wyników zarówno dla gruntów spoistych, jak i dla gruntów sypkich. Wynika z tego, że penetrometr stożkowy jest mało przy-datny do kontroli zagęszczenia zasypek w warunkach budowy metra.

Badania penetrometrem igłowym

Penetrometr igłowy produkcji IMER jest urządzeniem analogicznym do igły Proktora. Jest on przystosowany do penetracji warstwy do głębokości 30 cm, ponadto pene-trometr wyposażony jest w proste urządzenie wykonujące wykres zależności siły penetracji od zmiennej głębokości. Na poletku nr 2 wykonywano badania także tym penetro-metrem. Przykładowe wykresy zależności siły penetracji na zmiennej głębokości badanej warstwy pokazano na ryc. 9. Wykonano także próbę cechowania penetrometru dla badanego gruntu, to znaczy sporządzono zależność

pd od siły penetracji Q (ryc. 1 O).

R

(!<Po]

Ryc. 6. Penetrometr stożkowy

Fig. 6. Cone penetrometer

„l ~

R=7

h:6,~em ~I 200+----~-~-·--.----.----.--~0 I X : X

=•

•x-...

...::-~~ -«-x-T' x _. ..- ..- • .:. . - _.. - v: x, X.,. >C "XX .. X ; rot--~-,-t::,..-=.'---ir----+~'"----+---+----', 150 100 0 + + < i 4 + + · -160 1,65 t70 1,75 lal 1,85 t90

f

d f9/cm3J

Ryc;. 7. Zależność wskaźnika penetracji od gęstości objętościowej

szkieletu gruntowego (grunt spoisty)

Fig. 7. Dependence of penetration index on volume density of soi! skeleton ( cohesive soi!)

Rl [kPa] 60+---.,----.----~-.---.---~ 40 )I X-X)I "_

50E=3:::::;~~H--:;x~~:a

30 X)l_:ioc:;')l -20+--"__..=:!:"----+----+----+----+---i 10.i.---+----+-·-~-+---+---i o+---+---+---+---+---+-'7"" ... t55 1,60 1,65 1,70 t,75 tBO

fd!5l/cm3]

Ryc. 8. Zależność wskaźnika penetracji od gęstości objętościowej

szkieletu gruntowego (grunt niespoisty)

Fig. 8. Dependence of penetration index on volume density of soi! skeleton ( non-cohesive soi!)

2 przej$cia 4 przej$cia 6 przej$t O przej$t 100 200 Q(N) O 100 200 Q(N) O 100 200 Q( N) O 100 Q(N)

~"

_\~

... ~

'

10 1 1 10 15 1

(

1 15 E J u

I

2 20 201+---+--+--+--,._.. 20

Ryc. 9. Kontrola zagęszczenia przy użyciu penetrometru igłowego,

poletko nr 2 zagęszczarka WZK-10, h = 22 cm Fig. 9. Check of compaction, made with the use of needle

penetro-meter; test field 2, mechanical tamper WZK-10, h

=

22 cm

\50..._ _ _.._ _ __,.. _ _ +---ł----+-.._.

O SO 100 150 200 250 Q( N)

Ryc. JO. Zależność pd od oporu penetracji Q. Penetrometr igłowy

Fig. 10. Dependence of pd on penetration resistance Q. Needle penetrometer

Analizując powyższą zależność należy stwierdzić

znacz-ny rozrzut wyników, ale narzuca się charakter zależności

pokazany na rycinie linią prostą. Chodaż nie uzyskano

jednoznacznej zależności pd = f(Q), to jednak penetrometr

igłowy ze względu na swoje zalety (szybkość uzyskiwania

wyniku, łatwość badania, wynik ciągły) może być przydatny

do wytypowania najsłabiej zagęszczonych miejsc, które

należy zbadać metodami, np. tradycyjnymi. Po zebraniu

dostatecznej ilości badań pozwalających na uzyskanie

krzywych korelacyjnych (przy zmiennym zagęszczeniu,

wilgotności i uziarnieniu) można będzie eliminować

bada-nia tradycyjne.

WNIOSKI

1. Na podstawie wyników próbnych zagęszczeń należy

stwierdzić niewielką przydatność zagęszczarek, będą­

cych w posiadaniu przedsiębiorstwa do zagęszczania

zasypek (WP-2, WZK-10).

82

2. W związku z brakiem maszyn do zagęszczania zasypek

pomiędzy obudową tunelu a ścianką berlińską, proponuje

się przeprowadzenie badań nad zastosowaniem innych

metod zagęszczania (metoda udarowa, pale piaskowe).

3. Z przeprowadzonych badań na poletkach wynika, że

najpewniejszą metodą kontroli zagęszczenia jest metoda

cylinderków. Penetrometr stożkowy nie nadaje się do

kontroli zagęszczenia zasypek w warunkach budowy

metra. Penetrometr igłowy produkcji IMER ze względu

na swoje zalety może być przydatny w ograniczonym

zakresie (do wytypowania najsłabiej zagęszczonych

miejsc).

LITERATURA

1. Gr ab owski Z., Pis arc z y k S. - Warunki

tech-niczne i wytyczne w zakresie wykonania, kontroli i od-bioru robót ziemnych nasypów hydrotechnicznych z gruntów niespoistych kamienistych i gruboziarnistych oraz drobnoziarnistych. Wyd. IDiM P.W., Warszawa 1976.

2. G r a b o w s ki Z., P i s a r czy k S., O bry c k i

M. - Kontrola zagęszczenia nasypów przy

zastosowa-niu sondy udarowej i penetrometru ręcznego.

Konferen-cja Naukowa Melioracji i Użytków Zielonych. IMUZ

Falenty. 1975.

3. O b r y c ki M., P i s a r czy k S., T r ac z y ń s k i

K. - Zagęszczalność zasypek gruntowych za i nad

obudową tuneli budowanych metodami odkrywkowymi.

Archiwum Instytutu Dróg i Mostów P.W. (maszynopis) Warszawa 1985.

4. O b r y c k i M., P i s a r c z y k S. - Wytyczne wy-konawstwa, kontroli i odbioru zasypek gruntowych za

i nad obudową tuneli budowanych metodami

odkrywko-wymi w Warszawie. Ibidem.

SUMMARY

The question of subsidence and compaction of backfill

for Warsaw underground tunnels is discussed and results

of studies on compaction of local non-cohesive and cohesive soils in test fields are given. The studies were carried out using mechanical tampers which are available at present. The usability of penetrometer tests in studies on compac-tion of backfills under the condicompac-tions of underground construction is also discussed ..

PE31-0ME

B cTaTbe nposeAeH aHam13 aonpoca ocaAKlll 111

ynnoTHe-Hlll.R 3aCblnOK BOKpyr TYHHenbHOM 06AenKlll Ili sapwaBCKoro

MeTpO. npeACTasneHbl pe3ynbTaTbl lllCCneAOBaHl!l.R

ynnoT-HeHl!l.R MeCTHblX rpyHTOB - HeCB.R3HblX Ili CB.R3HblX Ha

onblTHblX Aen.RHKax c np111MeHeH111eM rpyHToynnoTHJ1t0-1..L4lllX MaWl!IH HaXOA.Rl..L4111XC.R B pacnopff>KeHlltlll nOAPffA"łlllKOB. npoaepeHa TaK>Ke nplllrOAHOCTb neHeTpa'-'l!IOHHblX pa6oT

An.R KOHTpon.R ynnoTHeHl!l.R 3aCblnOK B ycnoBlll.RX ..