mb0228
Budownictwo podziemne  TEMAT WYDANIA
mgr inż. Krystian Binder*
Zastosowanie wymiany
dynamicznej do wzmocnienia podłoża
obiektów wielkoobszarowych
przypadku posadawiania sze, często odpadowe (żużel, odpady ko- wane dość dużą kombinacją obciążeń
konstrukcji budowlanych palniane bÄ…dz
gruz), albo grunty niespo- (zmiennych i ruchomch), która wymagała
na gruntach słabych, takich iste (żwir, piasek). czasochłonnej analizy, a do celów oblicze-
Wjak torfy, namuły i gliny, nale- Kolumny wymiany dynamicznej stosuje niowych stosowano obciążenie równo-
ży tak zaprojektować konstrukcję, by się zazwyczaj w bardzo słabych gruntach, miernie rozłożone, działające permament-
osiadania, będące wynikiem konsolidacji, dlatego też pierwszą czynnością jest uło- nie przez długi okres. Grubość wymienia-
nie przekroczyły osiadań dopuszczal- żenie stabilnej platformy roboczej, najle- nej warstwy, będąca pochodną wyniku
nych oraz zapewnienić bezpieczeństwo piej z tłucznia lub żwiru, grubości 0,3  1m analizy osiadań, dawała dość duże zapa-
pracownikom i konstrukcji w fazie wyko- (rysunek 1). Platforma robocza spełnia sy bezpieczeństwa i rzeczywiste osiada-
nawczej. Spełnienie tych warunków gwa- istotną rolę w procesie wzmacniania pod- nia były zazwyczaj niższe od prognozowa-
rantuje odpowiednie wzmocnienie podło- łoża, a także ułatwia odprowadzenie wody nych. Taka sytuacja występuje wtedy, gdy
ża. Dobierając technologię wzmocnienia, wyciskanej w czasie ubijania oraz zapobie- mamy do czynienia z posadzkami względ-
trzeba wziąć pod uwagę również trzeci ga jej gromadzeniu na powierzchni i po- nie mało obciążonymi. Natomiast w przy-
warunek  ekonomiczność rozwiązania. wstawaniu błota. Ponadto dociąża słaby padku dużych obiektów sklepowych czy
Szczególne miejsce wśród metod grunt, ograniczając jego wypieranie. magazynowych, w których konstrukcja da-
wzmacniania podłoża zajmuje metoda Po zakończeniu formowania kolumn chu jest ażurowa i obciążenia przekazy-
konsolidacji dynamicznej, gdyż jest wymiany dynamicznej następuje faza ubi- wane ze słupów na podłoże są mniejsze
przydatna praktycznie we wszystkich ro- jania powierzchniowego, tzw. ironingu. niż obciążenia towarów składowanych
dzajach gruntu. Przy jej użyciu można Proces ten jest przeprowadzany za po- na posadce, okazuje się, że wzmocnienie
wzmacniać nawet kilkudziesięciometro- mocą ubijaka o płaskim kształcie i kwa- klasyczne wymaga dużych nakładów fi-
we warstwy słabego podłoża. Przykładem dratowej podstawie. Pojedyncze uderze- nansowych, by spełnić warunki stanów
jest budowa lotniska w Nicei, gdzie zasięg nia wykonywane są obok siebie, w taki granicznych użytkowania.
wzmocnienia osiągnął głębokość 40 m. sposób, by objęły całą powierzchnię Dynamiczna wymiana zapewnia mniej-
Metodą pochodną jest technologia wzmacnianego obszaru. Jeśli po tym pro- sze osiadania od dopuszczalnych przy jed-
wymiany dynamicznej. Polega ona cesie wierzchnia warstwa gruntu nadal nocześnie małym współczynniku wymiany
na formowaniu kolumn z tłucznia, zazwy- jest niedogęszczona, konieczne jest wy- gruntu, co ma niebagatelne znaczenie eko-
czaj średnicy ok. 2 m, przez wybicie kilko- konanie tradycyjnego zagęszczenia nomiczne. Praktycznym przykładem za-
ma uderzeniami otworu w podłożu, w któ- za pomocą ciężkich walców. stosowania wymiany dynamicznej
ry wsypuje się materiał formujący kolum- Wzmacnianie podłoża na dużym ob- pod obiektem handlowym o stosunkowo
nę. W tym celu wykorzystuje się urządze- szarze w klasycznym podejściu projekto- dużych obciążeniach użytkowych na po-
nia umożliwiające swobodny zrzut z dużej wym polegało na zastosowaniu dwóch sadzkę jest hala Castoramy w Raciborzu.
wysokości ubijaka o masie dochodzącej różnych technologii. Zazwyczaj wydziela- Inwestycja obejmowała budowę sklepu
nawet do kilkunastu ton. Wsypany mate- no obszary przewidziane pod stopy słu- i magazynu z materiałami budowlanymi
riał ponownie się ubija i dosypuje kruszy- pów i ław fundamentowych i stosowano o powierzchni ok. 8 500 m2.
wa. Proces trwa aż do zaniku osiadań posadowienie pośrednie na palach żelbe-
Ogólna charakterystyka
gruntu pod kolejnymi uderzeniami ubija- towych. Problem osiadania posadzek, za-
warunków gruntowych
ka. Dodawany materiał zostaje wbijany zwyczaj bagatelizowany przez projektan-
i konstrukcji obiektu
w głąb podłoża i rozpychany na boki. Za- tów skupiających się przede wszystkim
zwyczaj kolumny wymiany dynamicznej na wzmocnieniu gruntu pod Å‚awami i sto- Na znacznym obszarze terenu plano-
formuje się z lokalnie dostępnych, przy- pami, rozwiązywano przez wymianę grun- wanego pod halę Castoramy występowa-
datnych do tego celu materiałów. Podsta- tu na pewnej głębokości. Było to podykto- ły słabonośne nasypy antropogeniczne
wowym wymaganiem jest zachowanie
dużej wodoprzepuszczalności przez wbi-
ty materiał. Przyśpiesza to konsolidację
gruntu otaczającego kolumnę, która uła-
twia odprowadzenie wody wyciskanej
z podłoża. Idealnym materiałem jest
gruby tłuczeń lub okruchy skalne. Czę-
sto jednak wykorzystuje się materiały tań-
* Menard Polska
Rys. 1. Etapy wykonania kolumny wymiany dynamicznej
2  2008 (nr 426)
1
TEMAT WYDANIA  Budownictwo podziemne
o miąższoÅ›ci dochodzÄ…cej do 5÷7m. War- Obliczenia współpracy obiektu z pod-
stwa tych nasypów powstawała od końca łożem wykonano metodą elementów
lat osiemdziesiątych ubiegłego wieku. skończonych i prowadzono je do głębo-
Pod nasypami zalegały osady czwartorzę- kości zalegania gruntów nośnych w płas-
dowe akumulacji rzecznozastoiskowej, kim stanie odkształcenia w kilku wybra-
składające się głównie z glin pylastych nych przekrojach obiektu. Granicę stre-
zwięzłych, piasków gliniastych i glin piasz- fy wzmocnionej założono na głębokoś-
czystych z przewarstwieniem 0,5 ÷ 2 m ci 6 m. Otrzymane wyniki potwierdziÅ‚y
gruntów organicznych (namułów ilastych słuszność założeń, że osiadania będą
i pylastych) w stanie miękkoplastycznym. miały charakter równomierny oraz ich
Grunty nośne występowały dopiero na głę- wartość nie przekroczy dopuszczalnych
bokości 7,5, a nawet 10,4 m p. p. t. (5 cm), zgodnie ze stosowną normą. Mak-
Zaprojektowano konstrukcję szkie- symalne wartości otrzymane w wyniku
letową obiektu posadowioną na ła- przeprowadzonych analiz wyniosły 4,1 cm.
wach i stopach fundamentowych. Dla Względna różnica osiadań fundamentów
Widok kolumn po wykonaniu
hali głównej wydzielono dwie strefy ob- w najniekorzystniejszym położeniu wyno-
ciążenia o wartościach obliczenio- siła wg obliczeń 0,0016 i nie przekraczała
Wnioski
wych 70 i 20 kPa. Pierwotnie zakładano, dopuszczalnej normą wartości 0,003.
że stopy i ławy fundamentowe posado- Różnica przemieszczeń w wartoś- Zaproponowane przez firmę Me-
wione zostaną na kolumnach wykona- ciach odkształceń wynikała z faktu, nard rozwiązanie okazało się niezwy-
nych w technologii iniekcji wysokociśnie- że w poszczególnych strefach były kle skuteczne (rysunek 2), znacznie
niowej (jet-groutnig). Obszar pod po- inne wartości obciążenia użytkowego szybsze w realizacji i znacznie tańsze
sadzką postanowiono wzmocnić kolum- (70 i 20 kPa). Problem ten rozwiązano od proponowanego pierwotnie. Do za-
nami wykonywanymi w technologii wy- przez zastosowanie dylatacji w konst- let należy również zaliczyć dużą nieza-
miany dynamicznej o bardzo małej śred- rukcji oraz żelbetowych płytach przejś- wodność wzmocnienia i tym samym
nicy 1 m. Wiązało się to z użyciem ma- ciowych opartych przegubowo na ma- skuteczną poprawę właściwości
łego ubijaka, którego zasięg wzmocnie- łych fundamentach liniowych na styku wzmacnianego gruntu dzięki przemie-
nia nie przekroczył 3  4 m głębokości. stref o różnych obciążeniach. szaniu z dodawanym materiałem. Uży-
Po wykonaniu dodatkowych badań son- cie kolumn wymiany dynamicznej da-
Faza realizacji
dą typu CPTU oraz DMT dokonano po- je dobre efekty, jeżeli zastępują one
wtórnej analizy poprawności rozwiąza- Ze względu na duże siły skupione posadowienie pośrednie na palach,
nia. Okazało się, że zasięg wzmocnienia działające na stopy fundamentowe har-
lekkim ubijakiem nie obejmie warstwy monogram prac zwiÄ…zanych z wymianÄ…
gruntów organicznych o module od- dynamiczną zaplanowano tak, by
ksztaÅ‚cenia E = 2 ÷ 5 MPa, czyli war- w pierwszym etapie realizacji wykonać
o
stwy, której osiadanie będzie najwięk- kolumny pod stopami fundamentowy-
sze. Dodatkowo planowane wzmocnie- mi. Jako materiał wypełniający kolumny
nie w dwóch technologiach spowoduje, wymiany dynamicznej zaproponowa-
że posadowione na betonowych inklu- no przepalony łupek przywęglowy ze
zjach ławy i stopy osiądą minimalnie, zwałowiska znajdującego się w pobli-
podczas gdy mocno obciążona posadz- żu budowy.
ka osiądzie dużo bardziej. Do wykonania kolumn wymiany za-
Rys. 2. Wynik próbnego obciążenia wyko-
stosowano samojezdny dz
wig wolno-
nanego płytą kołową średnicy 2 m
Zastosowane rozwiÄ…zanie
spadowy o nośności nominalnej 120 t
Niedopuszczalne, z punktu widzenia pozwalajÄ…cy na zrzucanie ubijaka o ma- kolumnach betonowych bÄ…dz
wymianÄ™
użytkowania, różnice w osiadaniu słupów sie 22,5 t z wysokości 30 m. Uzyska- słabego gruntu. Kolumny wymiany dy-
i ław fundamentowych pod posadzki do- na w ten sposób energia o wartości do- namicznej stanowią swego rodzaju
prowadziły do zmiany rozwiązania. Wy- chodzącej do 5 MN/m pozwala wyko- uzbrojenie gruntu działające zarówno
brano metodę wymiany dynamicznej nać kolumny wymiany dynamicznej dłu- w kierunku pionowym (zwiększają no-
w wersji ciężkiej na całej powierzchni gości do 7 m i średnicy do 3 m. śność gruntu), jak i poziomym (zwięk-
obiektu, zaproponowaną przez firmę Me- Na przeznaczonym do wzmocnienia szają wytrzymałość na ścinanie). Man-
nard. Idea takiego rozwiązania polegała obszarze wykonano 380 kolumn długoś- kamentem metody jest wywoływanie
na jednorodnym wzmocnieniu całego ob- ci 5  7 m (w zależności od parametrów drgań w podłożu w chwili upadku ubi-
szaru do głębokości 5  7 m i pominięciu gruntu nasypowego w danym miejscu) jaka. Wieloletnia praktyka firmy Me-
wzmocnienia w warstwach sÅ‚abych grun- i Å›rednicy 2,5 ÷ 3,0 m (fotografia). Do wy- nard pokazuje jednak, że metoda wy-
tów spoistych. Ze względu na równomier- konania jednej kolumny wymiany dyna- miany dynamicznej może być stoso-
ny układ warstw podłoża nasypowego micznej zużywano 20  35 m3 kruszywa. wana już w odległości 30 m od obiek-
słusznie uznano, że w tym wypadku nie Prace wzmocnienia podłoża przeprowa- tów budowlanych, by wywoływane
wartość osiadań będzie miała decydują- dzono w 4 tygodnie, pracując na jed- drgania były w zakresie dopuszczal-
ce znaczenie użytkowe, lecz ich różnica. nej ośmiogodzinnej zmianie roboczej nych normą częstotliwości.
2  2008 (nr 426)
2