Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego

Wydział Inżynierii i Kształtowania Środowiska

Katedra Geotechniki

WZMACNIANIE GRUNTÓW

PRACA PROJEKTOWA NR 1

Posadowienie nasypu na gruncie słabonośnym.

Stateczność nasypu.

Wykonała:

Ilona Kalińska gr.

Budownictwo mgr rok II

Studia niestacjonarne

1. Dane wyjściowe

a) Nasyp: Ps (piasek średni)

b = 10 m - szerokość korony γ = 19 kN/m³ - ciężar objętościowy

h = 3,5 m - wysokość φ = 32º - kąt tarcia wewnętrznego

1:n - 1: 1,5 - nachylenie skarp

q = 15 kPa - obciążenie zmienne

b) Podłoże: G_z (glina zwięzła)

I_L = 0,6 - stopień plastyczności γ = 19 kN/m³ - ciężar objętościowy

τ_fu = 30 kPa - wytrzymałość na ścinanie φ = 11º - kąt tarcia wewnętrznego

h₁ = 5,0 m - miąższość warstwy c_u = 19 kPa - spójność

Schemat obliczeniowy

2. Obliczenie nośności warstwy słabej

Nacisk wywołany ciężarem nasypu i obciążeniem zmiennym:

Nośność warstwy słabej:

Warunek nośności warstwy słabej:

- Warunek spełniony

3. Sprawdzenie stateczności nasypu

Metoda Szwedzka (Felleniusa):

Dla jednego paska:

Q_sr = V_sr · γ_sr sinα = 0,1·nr - 0,05
b = 0,1·R

γ' = γ - γ_w u = h_w · γ_w

Obszar przeszukiwania (krytyczny):

Dla 1:1,5 → r₁ = 0,75 · H = 0,75 · 3,5 = 2,63 m

r₂ = 1,75 · H = 1,75 · 3,5 = 6,13 m

R = 6m

b = 0,6 m

Parametry charakterystyczne:

a) Podłoże: G_z (glina zwięzła) b) Nasyp: P_S (Piasek średni)

I_L = 0,6 I_D = 0,8

γⁿ = 19 kN/m³ γⁿ = 19 kN/m³

φⁿ = 11,0º φⁿ = 32º

c_uⁿ = 19 kPa c_uⁿ = 0

Parametry obliczeniowe:

a) Podłoże: G_z (glina zwięzła) b) Nasyp: P_S (Piasek średni)

I_L = 0,6 I_D = 0,8

γ^r = 19 · 0,9 = 17,1 kN/m³ γ^r = 19 · 1,1 = 20,9 kN/m³

φ^r = 11,0 · 0,9 = 9,9º φ^r = 32 · 1,1 = 35,2º

c_u^r = 19 · 0,9 = 17,1 kPa c_u^r = 0

Współczynnik stateczności:

- Spełnione

Tab. Wyznaczenie sił utrzymujących i zsuwających

Nr paska	Q [kN]	sin [-]	cos [-]	Q·sin [kN]	' [º]	tg' [-]	c' [kPa]	L·1 [m^2]	c' ·L·1 [kN]	u [kPa]	u·L·1 [kN]	Q·cos [kN]	Q·cos - u·L·1[kN]	(Q·cos - u·L·1)·tg' [kN]
1	22,34	0,05	0,999	1,12	22,01	0,404	8,92	0,601	5,36	14,30	8,59	22,309	13,718	5,54
2	27,14	0,15	0,989	4,07	23,93	0,443	7,62	0,607	4,62	13,70	8,31	26,833	18,519	8,21
3	31,59	0,25	0,968	7,90	25,84	0,484	6,33	0,620	3,92	12,50	7,75	30,585	22,839	11,05
4	35,82	0,35	0,937	12,54	27,72	0,525	5,06	0,641	3,24	10,60	6,79	33,557	26,768	14,06
5	39,70	0,45	0,893	17,87	29,82	0,573	3,64	0,672	2,44	8,00	5,37	35,456	30,081	17,23
6	43,23	0,55	0,835	23,78	32,26	0,631	1,98	0,718	1,43	4,50	3,23	36,102	32,870	20,74
7	43,34	0,65	0,760	28,17	34,72	0,692	0,33	0,790	0,26	1,30	1,03	32,934	31,908	22,09
8	36,16	0,75	0,661	27,12	35,20	0,705	0,00	0,907	0,00	0,00	0,00	23,916	23,916	16,86
9	25,71	0,85	0,527	21,85	35,20	0,705	0,00	1,139	0,00	0,00	0,00	13,542	13,542	9,55
10	8,15	0,95	0,312	7,74	35,20	0,705	0,00	1,922	0,00	0,00	0,00	2,545	2,545	1,79
1'	17,32	-0,05	0,999	-0,87	19,73	0,358	10,46	0,601	6,28	14,30	8,59	17,299	8,709	3,12
2'	12,09	-0,15	0,989	-1,81	16,68	0,299	12,52	0,607	7,60	13,70	8,31	11,955	3,641	1,09
3'	6,72	-0,25	0,968	-1,68	12,09	0,214	15,62	0,620	9,68	12,50	7,75	6,504	-1,242	-0,27
4'	4,47	-0,35	0,937	-1,57	9,90	0,174	17,10	0,641	10,95	10,60	6,79	4,190	-2,599	-0,45
5'	3,34	-0,45	0,893	-1,50	9,90	0,174	17,10	0,672	11,49	8,00	5,37	2,980	-2,395	-0,42
6'	1,85	-0,55	0,835	-1,02	9,90	0,174	17,10	0,718	12,29	4,50	3,23	1,542	-1,691	-0,30
7'	0,28	-0,65	0,760	-0,18	9,90	0,174	17,10	0,790	13,50	1,30	1,03	0,216	-0,811	-0,14
				143,52					93,06					129,76

Metoda Szwedzka - schemat obliczeń

4. Wyznaczenie naprężeń w podłożu od obciążenia nasypem

Naprężenia w osi nasypu od obciążenia zewnętrznego:

Naprężenia geostatyczne (efektywne):

γ' = γ - γ_w

.

z [m]	 [rad]	 [rad]	σz [kPa]	σv ' [kPa]
0,0	0,00102	1,568796	81,50	81,57
0,5	0,05093	1,471128	81,49	85,05
1,0	0,10014	1,373401	81,40	88,60
1,5	0,14615	1,279340	81,18	92,15
2,0	0,18781	1,190290	80,78	95,70
2,5	0,22442	1,107149	80,18	99,25
3,0	0,25569	1,030377	79,36	102,80
3,5	0,28168	0,960070	78,35	106,35
4,0	0,30267	0,896055	77,15	109,90
4,5	0,31913	0,837981	75,81	113,45
5,0	0,33155	0,785398	74,34	117,00

.

5. Obliczenie osiadań konsolidacyjnych

[kPa]

M_o = 16 MPa - moduł ściśliwości edometrycznej dla Gz

= 0,0255 m = 2,6 cm < S_{c dop} = 10 cm - Warunek spełniony

OPIS TECHNICZNY

Wzmacnianie gruntu kolumnami kamiennymi - metodą wibrowymiany gruntu.

1. Technologia wykonania

Wibrowymiana polega na formowaniu kolumn z kruszywa, w słabych gruntach spoistych i uwarstwionych, nie poddających się zagęszczaniu własnemu.

Grunty spoiste i niejednorodne mają często niewystarczającą nośność lub nadmierną ściśliwość. Przy zawartości frakcji pylastych i ilastych powyżej 10% praktycznie nie poddają się zagęszczaniu własnemu. Wówczas do wzmocnienia gruntu stosowana jest wibrowymiana. Metoda ta jest również skuteczna przy wzmacnianiu niekontrolowanych nasypów, zawierających m.in. gruz, żużel, popioły, itp.

W pierwszej fazie wykonywania kolumn wibrator wypełnia się kruszywem i pogrąża w podłoże przy udziale wibracji i docisku palownicy. Po osiągnięciu głębokości przewidzianej w projekcie następuje formowanie poszerzonej stopy żwirowej w gruncie nośnym, przy czym podłoże rodzime doznaje dodatkowo wzmocnienia na skutek zagęszczenia (grunty sypkie) lub przyspieszonej konsolidacji (nawodnione grunty spoiste).

W drugiej fazie wykonuje się trzon kolumny kamiennej w obrębie wzmacnianych gruntów. W tym celu do wibratora wsypuje się od góry, przez zamykaną śluzę, gruboziarniste kruszywo. W trakcie podciągania wibratora do góry kruszywo wypływa spod ostrza wibratora przy udziale sprężonego powietrza i wypełnia przestrzeń zajętą wcześniej przez wibrator. Z kolei ponowne opuszczenie wibratora powoduje rozepchnięcie kruszywa na boki i zwiększenie efektywnej średnicy kolumny. Posuwisto-zwrotny ruch wibratora kontynuowany jest na całej długości kolumny. Dodatkowym efektem, jaki towarzyszy formowaniu trzonu kolumny kamiennej, jest poprawienie parametrów mechanicznych otaczającego gruntu.

W naszym przypadku metoda ta jest nieekonomiczna, zaleca się zastosowanie innej metody np. całkowitej wymiany gruntu rodzimego.

2. Badanie kontroli jakości

W ramach badań kontroli jakości wykonanych robót wykonuje się badania uziarnienia zastosowanego kruszywa oraz sondowania dynamiczne w trzonach kolumn kamiennych dla potwierdzenia zakładanego w projekcie stopnia zagęszczenia oraz ciągłości. Niekiedy wykonuje się również próbne obciążenia kolumn kamiennych lub podłoża wzmocnionego kolumnami kamiennymi.

Dostarczane kruszywo podlega każdorazowo kontroli wstępnej (wizualnej), która pozwala na stwierdzenie składu granulometrycznego, zabarwienia, stopnia zapylenia w aspekcie ujawnienia ew. odchyleń w stosunku do innych dostaw. Na uzgodnionych zasadach są systematycznie pobierane próbki kruszywa (3-5 kg) do wykonania podstawowych badań laboratoryjnych (krzywe przesiewu, analiza pyłowa) oraz próbki "rozjemcze", przechowywane dla celów ew. badań dodatkowych. Próbki powinny być starannie, jednoznacznie opisane i zabezpieczone na czas przechowywania i transportu do laboratorium budowlanego.

Przegląd podstawowych metod badań w zastosowaniu do środowiska gruntowego:
- Grunty spoiste: CPT, SS, DP, SPT lub SR oraz pobieranie próbek (ocena makroskopowa, badania laboratoryjne) PS, OS CS, FYT, PMT, GUC, PIL, DMT lub PMT, GW;
- Grunty niespoiste: CPT, DP lub SPT oraz pobieranie próbek PS, OS, AS, PMT, DMT, GW, PIL, TP, PLT;

- Pomiary zwierciadła wody gruntowej;
- Geodezyjne kontrolne pomiary polowe, m.in. kontrolowanie osiadań (repery głębinowe, powierzchniowe, inklinometry).
Gdzie: SR, SS - sondowania bezpośrednie
CPT(U) - sondowania statyczne
DP - sondowania dynamiczne, w szczególności: DPL - sonda lekka (10 kg), DPM - sonda średnia (30 kg), DPH - sonda ciężka (50 kg) i DPSH - sonda bardzo ciężka (63,5 kg)
SPT - sondowania sondą SPT
PMT - badania presjometryczne
DMT - badanie dylatometrem gruntów
FYT - badanie sondą obrotową
PLT - próbne obciążenie płytą
SE - badania sejsmiczne
PS - próbka NNS o nienaruszonej strukturze
CS - próbka rdzeniowa
AS - próbka ze świdra spiralnego
OS - próbnik otwarty
TP - próbka z wykopu otwartego (odkrywki badawczej)

Wszelkie metody punktowej wymiany (ulepszenia) podłoża gruntowego dają dobrą możliwość bieżącego monitoringu parametrów ich wykonania. W szczególności: rzędnej zagłębienia stopy, jakości poszczególnych warstw gruntu oraz jednoznacznego ujawnienia warstwy nośnej - postęp zagłębianej rury i oporów przy pogrążaniu, ilości zużytego kruszywa, geodezyjnego pomiaru ew. podniesienia powierzchni roboczej (terenu lub wykopu) oraz bieżącego sondowania kontrolnego w przypadku wątpliwości dotyczących jakości wykonywanych robót. Wszelkie prace palowe są robotami docelowo zakrytymi, więc niezbędne jest sporządzanie na bieżąco dokumentacji powykonawczej (metryk pali).

Sprawdzenie stateczności nasypu metodą szwedzką.

W metodzie tej zakłada się, że poślizg nastąpi wzdłuż powierzchni cylindrycznej. Rozpatruje się siły działające wzdłuż powierzchni poślizgu. Współczynnik pewności wyraża się stosunkiem momentów utrzymujących do momentów zsuwających względem środka obrotu powierzchni poślizgu.

Nasyp uznaje się za stateczny, jeżeli współczynnik stateczności jest większy od 1,0 (w praktyce od 1,3).

Współczynnik pewności w warunkach naprężeń efektywnych:

2

---