Wrocław, 04.03.08r

Przygotowały:
Anna Adamowicz
Alina Heczko

WSPÓŁCZESNE SPOSOBY I

TECHNOLOGIE WZMACNIANIA

PODŁOŻA GRUNTOWEGO

1. WPROWADZENIE

Wzmacnianie podłoża gruntowego

uwarunkowane jest względami

ekonomicznymi i środowiskowymi.

Wraz z upływem czasu, obiekty
budowlane sytuowane są coraz

częściej na terenach, które jeszcze

niedawno uważano za nieprzydatne

do zabudowy. Obecnie w budowlach

ziemnych wykorzystuje się niemal

wszystkie miejscowe grunty.

Wzmacnianie podłoża gruntowego polega na

jego ulepszaniu, za pomocą różnorodnych

metod. Nowe technologie stwarzają bogate

możliwości wzmacniania i ulepszania słabych

podłoży i przez to stają się coraz bardziej

popularne. Mechanizm każdej z metod

ulepszania podłoża, przebiega w inny sposób.

Można wymienić następujące

mechanizmy wzmacniania podłoża:

zagęszczanie gruntu,
wymiana gruntu,
prekonsolidacja,
cementacja i stabilizacja,
zbrojenie masywu gruntowego.

Cele wzmacniania podłoża mogą

być następujące:

zwiększenie nośności,
zmniejszenie osiadań budowli,
zapobieganie utracie stateczności,
zabezpieczenie skarp wykopów i
ochrona pobliskich konstrukcji,
zapobieganie upłynnianiu podłoża,
stabilizacja struktury podłoża

WZMACNIANIE WGŁĘBNE

Wymiana gruntu: stosowana jest w
przypadkach, gdy pod projektowanymi
fundamentami obiektów budowlanych,
występują grunty słabonośne, takie jak
namuły, torfy czy gytia.
Metoda ta polega na wprowadzeniu w słaby
grunt pali z piasków i żwirów, lub kolumn z
tłucznia i kamieni. Pale rozpierając grunt na
boki zagęszczają podłoże. W ten sposób
zwiększa się jego wytrzymałość a proces
konsolidacji przebiega znacznie szybciej.

2. SPOSOBY WZMACNIANIA PODŁOŻA

Wyróżnić można następujące rodzaje

pali i kolumn:

Pale piaskowe i żwirowe- stosowane do

słabych gruntów spoistych oraz gruntów

sypkich. Pale umieszczane są w gruncie za

pomocą wibrującej rury przez którą piasek

dostaje się do podłoża.

Kolumny kamienne i tłuczniowe-
stosowane do gruntów spoistych i
organicznych. Kolumny formuje się w gruncie
metodami wibroflotacji lub wibrowymiany. Ich
zaletą jest przyspieszanie konsolidacji podłoża
oraz redukcji jego osiadania. Są odporne na
korozję.

Kolumny żwirowo-betonowe

Rys. Proces formowania kolumny kamiennej

Konsolidacja statyczna: obciążenie
gruntu w celu zmniejszenia jego
objętości, poprzez wyciskanie wolnej
wody z porów gruntu.

Stosowana w przypadku słabego,
bardzo ściśliwego podłoża
organicznego, oraz gruntów spoistych
w stanie miękkoplastycznym, a także
w nawodnionych gruntach pylastych i
w niektórych torfach.

Wyróżnia się kilka rodzajów konsolidacji

statycznej:

Wstępne obciążenie podłoża: polega na
usypaniu na terenie projektowanej budowli
odpowiedniego nasypu z gruntu lub narzutu
kamiennego, który będzie wywierał nacisk
zbliżony do tej budowli. Pod wpływem
obciążenia grunt osiada, zagęszcza się i
wzmacnia. Tego rodzaju konsolidację można
wspomagać za pomocą pionowych drenów.
Wprowadza się je w podłoże, skracając w ten
sposób drogę filtracji i przyspieszając odpływ
wody wyciskanej z gruntu. Dreny najczęściej
mają postać taśm plastykowych (przestrzenny
rdzeń + osłona z geowłókniny), ale można
wykorzystać również pale piaskowe lub żwirowe
oraz kolumny z kruszywa.

Przeciążenie: polega na okresowym obciążeniu
podłoża ponad docelowy nacisk projektowanej
budowli. Stosuje się je często przy budowie
nasypów drogowych. Czas konsolidacji wynosi od
paru miesięcy do roku i więcej.

Metody wibracyjne:

Zagęszczanie gruntu metodą wibracyjną polega

na przenoszeniu drgań mechanicznych

wywołanych przez wibrator na masę gruntową.

Wywołane drgania gruntu zmniejszają opór

tarcia wewnętrznego między poszczególnymi

ziarnami i cząstkami. Grunt zachowuje się

wtedy jak ciecz. Ziarna i cząstki gruntu

przezwyciężają opór tarcia wewnętrznego,

ślizgają się po ziarnach sąsiednich oraz

przesuwają pod działaniem siły ciężkości i

nadawanego pędu do miejsc pustych w masie
gruntowej i układają się szczelnie obok siebie.

W rezultacie uzyskuje się grunt zagęszczony, w

którym mniejsze ziarna i cząstki wypełniają

pory między ziarnami większymi.

Wibroflotacja: polega na wpłukiwaniu w
grunt na żądaną głębokość specjalnego
wibratora w postaci rury stalowej. Drgający
wibroflotator przy udziale płuczki wodnej
wydobywającej się pod ciśnieniem z dysz,
zagłębia się w grunt. Następnie w czasie
zagęszczania podnosi się wibroflotator przy
zamkniętym dolnym wypływie wody i
otwartym górnym, w rejonie przegubu. W
cyklu tym podawana jest zasypka, która
dodatkowo zagęszczana jest od góry wodą
pod ciśnieniem. Strefa oddziaływania
wibroflotatora wynosi od 1,5 do 5,0 m od jego
osi i zależy od rodzaju gruntu i mocy
urządzenia

Wibroflotacja daje dobre wyniki w piaskach
oraz w niespoistych odpadach kopalnianych,
dobre lub umiarkowane w piaskach
pylastych, słabe w pyłach. Można
wzmacniać również luźne piaski zawierające
cienkie przewarstwienia torfu i namułu.

Wibrowymiana: Metoda wibrowymiany
służy do wgłębnego wzmacniania gruntów
spoistych i realizowana jest za pomocą
takiego samego sprzętu, jaki stosuje się w
przypadku metody wibroflotacji. Istotą tej
technologii jest uformowanie w słabym
gruncie spoistym kolumn wprowadzonego i
zagęszczonego kruszywa.

Metoda ta polega na wstępnym wykonaniu
wibratorem wgłębnym otworu o średnicy ok.
1,0m. Na dno otworu o wysokości 1,0m
wprowadza się gruboziarniste kruszywo, które
zagęszcza się ponownie wibratorem
wprowadzonym w otwór.

Metody dynamiczne: polegają na

zagęszczaniu gruntu poprzez uderzenie.

Zagęszczanie ubijakami: Metoda ta polega
na zagęszczaniu gruntu uderzeniami
spadającego ubijaka. Można ją stosować
praktycznie we wszystkich rodzajach gruntów,
zwłaszcza niespoistych i niezawodnionych.
Można nią również wzmacniać wielometrowe
warstwy nasypów, słabego podłoża spoistego,
lessów, a także zwałowiska odpadów
przemysłowych lub komunalnych.
Ograniczeniem metody są towarzyszące
ubijaniu wstrząsy , które mogą niekorzystnie
wpływać na sąsiadujące obiekty. Zagęszczanie
odbywa się poprzez zrzucanie ubijaków o masie
8-40t z wysokości od 10 do 30m. Pozwala to
wzmocnić podłoże do głębokości 10-20m.

Zagęszczanie wybuchami: Metoda ta
stosowana jest głównie do nawodnionych
gruntów niespoistych lub spoistych, w
przypadkach konieczności zagęszczania
podłoża gruntowego o dużej powierzchni i
znacznej głębokości. Metoda ta w porównaniu z
innymi jest niedroga i szybka w realizacji.
Proces zagęszczania wybuchami ma
następujący przebieg: Wytworzona w czasie
wybuchu bryła gazowa i fale uderzeniowe
rozchodzą się w ośrodku gruntowym i wywołują
zmianę szkieletu gruntowego, upłynnienie
gruntu i rozproszenie ciśnienia wody w porach.
W ten sposób następuje zwiększenie
zagęszczenia gruntu.

Rys. Podział wybuchów w zależności od sposobu

rozmieszczenia i kształtu ładunków wybuchowych: a)

powierzchniowy skupiony, b) podwodny skupiony, c)

ukryty skupiony, d) ukryty odcinkowy; 1-ładunek, 2-

sznur detonacyjny, 3-otwór

Zbrojenie wgłębne:

Za pomocą taśm stalowych: taśmy stalowe
umieszczone w gruncie w kierunku
występowania naprężeń rozciągających. Dzięki
temu siły rozciągające występujące w gruncie
przenoszone są na taśmy, co zwiększa
nośność tego podłoża. Metoda ta wykorzystuje
tarcie pomiędzy gruntem a zbrojeniem.

Rys. Grunt zbrojony
taśmami stalowymi

Geosyntetykami: Giętkie pasy materiałów
o określonych cechach mechanicznych,
chemicznych i filtracyjnych, wytworzone
przez połączenie metodami włókienniczymi,
chemicznymi lub termicznymi różnego
rodzaju włókien, lub termiczno-mechaniczną
obróbkę tworzyw sztucznych.

Gwoździowanie: Stalowe pręty umieszczone
w skarpie wykopu lub w skale. Stosuje się ją
przede wszystkim w celu polepszenia
stateczności zboczy oraz podtrzymania skarp
wykopu lub nasypu.

Kotwy gruntowe: Cięgnowe urządzenie
osadzone w gruncie i zespolone z nim
stwardniałym zaczynem cementowym.
Stosowane są do zabezpieczenia stateczności
ścian wykopów i stromych zboczy, zapewnienia
stateczności zapór betonowych i fundamentów
oraz zabezpieczenia przed siłami wyporu.
Kotwy osadzone są w skałach lub w gruncie w
otworach wierconych obrotowo lub udarowo.
Umożliwiają właściwe zaprojektowanie
konstrukcji gdy należy umocnić wysokie,
strome zbocza,
zakotwić w podłożu
suche doku czy śluzy
lub zabezpieczyć
ściany głębokich
wykopów.

Mikropale: Pale o średnicy od 50 mm do
300 mm i długości od 6m do 15m. Mogą być
wykonywane metodą wiercenia, wbijania,
wwibrowywania, wciskania i wkręcania.
Mikropale stosowane jako nośne, mają za
zadanie przenosić siły osiowe wciskające i
wyciągające, w ten sposób wzmacniając
fundamenty budynków oraz podnosząc
konstrukcje które doznały osiadań.
Stosowane jako zaporowe, pracujące na
zginanie i ścinanie, używane są do
stabilizacji osuwisk.

Gabiony: Są to prostopadłościenne kosze,
wykonane z siatki stalowej, wypełnione
kamieniami lub tłuczniem . Stosowane są
jako samoodwadniające się zazieleniane
mury oporowe, szczególnie w rejonach
górskich. Służą do stabilizacji zboczy,
ochrony przed podmywaniem podstawy
konstrukcji hydrotechnicznych oraz jako
osłony przeciwhałasowe przy drogach i
liniach kolejowych.

 

Zalety: przepuszczalność, elastyczność,
pochłanianie hałasu, trwałość, łatwość
montażu.

Poprawianie stateczności
skarp oraz zabezpieczenie
powierzchni przed erozją:

obsiewanie trawą, wikliną,
krzewami i drzewami,

stosowanie biomat i innych
lekkich umocnień w powiązaniu z
roślinnością.

Stabilizacją gruntów nazywamy

stosowanie odpowiednich metod

trwałego wzmacniania i utrwalania

gruntów w celach budowlanych. Przy

stabilizacji gruntów polepsza się ich

właściwości fizyczne i mechaniczne

poprzez: odziarnienie (np mieszanki

optymalne), zmniejszenie wilgotności

gruntu (np dodawanie wapna),

zwiększenie wytrzymałości i

zmniejszenie ściśliwości, uszczelnienie i

zabezpieczenie gruntu od zawilgocenia

(np stosowanie bituminu oraz związków

chemicznych).

Grunty można stabilizować
poprzez:

mieszanki optymalne,

stabilizacja cementem, wapnem

lub aktywnymi popiołami lotnymi,

stabilizacja bituminami,

stabilizacja chemiczna.

Wybór metody stabilizacji
zależy od:

warunków gruntowo – wodnych,

dostępnych materiałów,

oszacowania koszów,

dostępnego czasu na wykonanie

pracy.

Mieszanki optymalne

Polegają na uzupełnienieniu brakujących w

gruntach składników granulometrycznych
poprzez zmieszanie z innym odpowiednim
gruntem. Powstająca w ten sposób
mieszanka powinna być dobrze zagęszczona.
Przy doborze mieszanki należy kierować się
uziarnieniem kruszywa, w celu uzyskania
minimum porów, oraz zastosowaniem
odpowiedniego lepiszcza. Istotna cechą
mieszanki optymalnej jest jej małe
pęcznienie i odporność na rozmywanie.

W celu uzyskania odpowiedniej mieszanki

gruntowej używa się głównie dwu lub trzech
gruntów, np. żwiru lub pospółki, piasku i
gliny.

Stabilizacja i ulepszanie
gruntów cementem

Dodatek cementu
umożliwia:

ulepszenie podłoża gruntowego,

podbudowy z gruntu stabilizowanego
cementem.

Proces stabilizacji cementem
polega na zmieszaniu
rozdrobnionego gruntu z
optymalną ilością cementu i wody
oraz zagęszczeniu takiej
mieszanki, której wytrzymałość na
ściskanie po 7 i 28 dniach mieści
się w wyznaczonych normowo
granicach.

Proces mieszania gruntu z
cementem może być
wykonany:

bezpośrednio na drodze,

w betoniarkach o odpowiedniej
wydajności.

Stabilizacja gruntów
bituminami

Proces stabilizacji gruntów
bituminami obejmuje:
rozdrobnienie gruntu następnie
wmieszanie go z wodą i
bitumem oraz zagęszczenie.

Do stabilizacji gruntów
bituminami najbardziej są
wykorzystywane mieszanki
optymalne gliniasto – żwirowe,
gliny piaszczyste, piaski
pylaste.

Stabilizacja chemiczna

Stabilizacja środkami
chemicznymi w ostatnich
latach jest coraz częściej
stosowana. Początkowo w tej
metodzie stosowano żywicę
Vinsol i kalafonię. Działanie
tych stabilizatorów powoduje
zmniejszanie adsorpcji wody,
przy czym wystarcza dodatek
w ilości 1 ÷ 2%. Żywice stosuje
się do gruntów kwaśnych.

Pozytywną cecha żywic jest
zmniejszenie wysadzinowości
gruntów, zaś ujemną cechą
jest atakowanie żywic w
gruncie przez bakterie i grzyb,
oraz fakt, iż wodoszczelne
działanie żywic zanika z
upływem czasu.

Przy stabilizacji gruntów tą
metodą duże znaczenie mają
niektóre elektrolity jak np.
chlorki wapnia, sodu i żelaza,
szkło wodne i wapno gaszone.
Ich głównym działaniem jest
wymiana jonowa, wskutek
czego następuje obniżenie
temperatury zamarzania,
zwiększenie zagęszczalności i
wytrzymałości na ścinanie.

Geosyntetyki

Początkowo do budowy murów
oporowych używano kamieni i
głazów, narzucanych jeden na
drugi. Później przyszedł czas na
cegłę, beton a wkrótce na
żelbet. Jednak kilka lat temu
tradycyjne metody wyparte
zostały przez nowe
technologie, głównie
Geosyntetyki.

Geosyntetyki

Są produktem chemii, do
produkcji gesyntetyków
wykorzystuje się materiały:
polipropylen PP, poliester PES,
winyl PCW, poliamidy PA.

Do grupy geosyntetyków

zaliczamy:

geowłókniny,
geotkaniny,
geosiatki (w tym georuszty),
geowłókniny wzmacniane,
materiały do wzmocnienia nawierzchni

drogowych,
geokraty,
materiały do uszczelnienia gruntu,
gabiony,
geomaty przeciwerozyjne, g
eodreny,
maty drenażowe,
materiały do uszczelnienia budowli,
pale prefabrykowane,
elementy ścianek szczelnych,
prefabrykowane konstrukcje oporowe.

Geowłóknina

Geosiatka

Włókniny

Zastosowanie:

przede wszystkim w inżynierii lądowej,

wodnej,

drogowej,

ochrony środowiska,

niektóre produkty geosyntetyczne znajdują
szerokie zastosowanie także np w rolnictwie.

Podstawowe funkcje
geosyntetyków w
budowlach ziemnych:

rozdzielanie (separacja): zapobiega

mieszaniu się przyległych odmiennych

gruntów i innych materiałów nasypowych,

filtrowanie: zapobiega przenikaniu gruntu

poddanych działaniu sił hydrodynamicznych,

przy jednoczesnym umożliwieniu przepływu

wody wewnątrz,

drenowanie: polega na zbieraniu i

transportowaniu przesiąkającej wody

gruntowej,

wzmocnienie: poprzez uzbrojenie tego

gruntu, w celu polepszenia właściwości

mechanicznych gruntu,

ochrona gruntów przed rozmywaniem,

powierzchniowe zabezpieczenia

przeciwerozyjne: zastosowanie wyrobu

geotekstylnego w celu ograniczenia

przemieszczaniu się gruntu.

Zalety:

elastyczność,
odkształcenia i osiadanie nie powodują
spękań czy dezintegracji konstrukcji,
pochłanianie hałasu ( gabiony),
trwałość - odporność na korozję, ogień i
promieniowanie ultrafioletowe,
łatwość montażu - nie wymagają
rozbudowanego placu budowy,
przyspieszają rozwój roślinności.