Wykład 8 (Nasypy budowli ziemnych) 26.11.2009

1. Roboty przygotowawcze

Obejmują one prace geodezyjne, oczyszczenie i przygotowanie terenu, wykonanie dróg dojazdowych, odwodnienie i przygotowanie podłoża (niwelację). Przygotowanie podłoża w szczególności obejmuje:

- usunięcie ziemi urodzajnej i darniny

- usunięcie drzew i krzewów

- usunięcie i wymianę gr. Słabych lub wzmocnienie podłoża słabonośnego

- wykonanie drenaży

- zagęszczenie wierzchniej warstwy podłoża do wartości J_sw jak dla nasypu, a następnie spulchnienie (zbronowanie) wierzchniej warstwy 5-10cm dla lepszego związania z nasypem

- usunięcie gruntów wysadzinowych ze strefy przemarzania

- dla podłoża nachylonego powyżej 1:5 należy w gruntach spoistych formować stopnie szer. 1-3m ze skarpami o nachyleniu 1:1,5

- nadanie podłożu nieprzepuszczalnemu nachylenia 4% w kierunku poprzecznym do osi nasypu dla odprowadzenia wód przesiąkających

2. Zasady formowania nasypów

Nasypy winny być formowane warstwami o stałej grubości o nachyleniu w kierunku poprzecznym do osi nasypu ok. 4%. Grubość warstw oraz ilość przejazdów sprzętu zagęszcz. po jednej warstwie winna być określona na poletku badawczym na podstawie próbnego zagęszczania.

Rodzaj maszyny	Rodzaj gruntu
		niespoiste		spoiste
		h [m]	n	h [m]	n
walce wibracyjne gładkie	0,4-0,7	4-8	-	-
walce wibracyjne okołkowane	0,4-0,6	4-8	0,2-0,3	6-10
walce ogumione	0,2-0,3	6-8	0,2-0,3	6-10
zagęszczarki wibracyjne	0,3-0,6	4-8	-	-
spycharki	0,2-0,3	8-12	0,2-0,3	8-12
Ubijaki1-10ton zrzucane z wys. 5-10m	1-5	5-10	-	-

2,1 Materiał gruntowy do budowy nasypów.

Do budowy nasypów należy stosować grunty mineralne o możliwie najbardziej zróżnicowanym uziarnieniu.

Można stosować:

- gr. niespoiste drobne i gruboziarniste

- gr. spoiste i organiczne (stabilizowane)

- odpady przemysłowe i kruszywa sztuczne (lekkie).

Stosowanie gruntów organicznych o J_om<20% i niektórych odpadów przemysłowych wymaga ich ulepszenia - stabilizacji (np. domieszkami wapna lub cementu).

W nasyp można wbudować tylko elementy o wymiarze do 20cm. Większe el. wymagają ręcznego obsypania gruntem drobnym i dogęszczenia, np. ręcznymi ubijakami spalinowymi.

2,2 Grunty nie nadające się do wbudowania w nasyp. Są to:

- gr. pęczniejące i rozpuszczalne w wodzie

- iły i gliny zwięzłe, o granicy płynności w_L>65%

- gr. zawierające gipsy i sole rozpuszcz >5%

- gr. zawierające części organiczne >3%

- gr. niezagęszczalne o ρ_d < 1,6g/cm³

Powyższe grunty można stosować w uzasadnionych przypadkach po ich uprzednim ulepszeniu lub stabilizacji.

2,3 Wytyczne formowania nasypów:

- do głębokości przemarzania należy stosować grunty niewysadzinowe, a wątpliwe tam gdzie nie ma kontaktu z wodą

- gr. nieprzepuszczalne winny znaleźć się w środku nasypu

- gr. przepuszczalne winny być układane ciągłymi warstwami

3. Kontrola jakości wykonania nasypów

3,1 Zakres badania zagęszczenia nasypów

a) kontrola bieżąca - ocena stanu zagęszczenia każdej warstwy warunkująca jej odbiór i rozpoczęcie układania kolejnych

b) kontrola powykonawcza -dla oceny całościowej, końcowej stanu zagęszczenia konstrukcji, wykrycia pustek, ……, itp.

c) kontrola eksploatacyjna - dla przypadków ogólnych, wykonywana gdy pojawiają się objawy świadczące o zagrożeniu bezpieczeństwa eksploatacji. W przypadku bud. Hydrotechnicznych wykonywana okresowo, np. co 5 lat.

Kontrole na bieżąco prowadzi wykonawca robót, ponadto nadzór geotechniczny (zewnętrzny), zlecony przez inwestora i nadzór projektanta.

3,2 Metody kontroli

Stan zagęszczenia gr. drobnoziarnistych na bieżąco w nasypach określa się na podstawie porównania ρ_d próbek pobranych z nasypu z wartością max ρ_ds wyznaczoną w aparacie Proctora. W ramach kontroli powykonawczej lub eksploatacyjnej dla gr. niespoistych można wykonać też sondowanie dynamiczne a dla spoistych wykopy badawcze (szurfy) z poborem prób NNS lub wykonać sondowanie statyczne CPTV.

Kontrola zagęszcz. gr. gruboziarnistych (Ż, Po) oraz kamienistych można wykonać za pomocą:

- metody tzw. „dołka” lub cylindra z piaskiem kalibrowanym

- met. próbnych obc. statycznych, np. płyta VSS, w których wykorzystuje się zależność między wskaźnikiem zagęszczenia J_s i stosunkiem modułów odkształcenia E/E₀ wyznaczonych płytą. Do takich badań stosuje się płytę o średnicy 0,6m umożliwiającą badanie gr, o średnicy ziaren do 120mm.

- badania nieniszczące: radioizotopowe, georadarowe, geodezyjne - metody te nie są w pełni miarodajne.

Wykład 9 (Wykonawstwo i kontrola jakości robót ziemnych) 10.12.2009

1. Zakres badań kontrolnych

l.p.	Przedmiot badań	a	b	c
1	Roboty pomiarowe	+	-	-
2	Przygotowanie terenu	+	-	-
3	Sprawdzenie rodzaju i stanu _gr. w podłożu, nasypie, złożu	+	+	+
4	Odwodnienie wykopów i nasypów	+	+	+
5	Stan zagęszczenia nasypów	-	+	+
6	Wymiary wykopów i ich nachylenie	-	+	+
7	Zabezpieczenie wykopów i nasypów	-	+	+
8	Zgodność wykonania robót z projektem	-	+	+
9	Skarpowanie, niwelacje, porządkowanie terenu	-	-	+

a - przed budową - badania kontrolne

b - w trakcie - częściowe odbiory

c - po zakończeniu - odbiory końcowe

2. Kontrola materiału gruntowego ze złoża

2.1 Lokalizacja złoża

a) złoża do budowli hydrotechnicznych

- z czaszy zbiornika - złoże min. 100m od podstawy skarpy, zapory

- wały przeciwpowodziowe

Złoże po stronie odwodnej - min. odległość 3H wału

Złoże po stronie odpowietrznej - min. odległość 50m




b) złoża innych budowli ziemnych

- kontrola zabezpieczenia dna przed przebiciem hydraulicznym

- kontrola głębokości wyrobiska - na terenach nizinnych unikać eksploatacji poniżej 1,5m

- kontrola nachylenia skarp w takim złożu (1:1,5 lub łagodniejsze)

- kontrola odwodnienia

2.2 Cel badań

- kontrola zgodności wydobywanego gr. z dokumentacją złoża (bieżąca w trakcie eksploatacji)

- kontrola zgodności rodzaju gruntu i jego cech z wymaganiami projektowymi

- dodatkowe badania w celu korekty technologii prowadzenia robót w stosunku do zaleceń projektowych

2.3 Zakres badań

Zależy on od rodzaju obiektu, jego konstrukcji i przeznaczenia, rodzaju gr., a w przypadku bud. hydrotechnicznych od ich klasy.

3. Badania podłoża budowli ziemnych

Obejmują pomiary geodezyjne i badania geotechniczne. Dla bud. komunikacyjnych (szlaki kolejowe, itp.), stosuje się metody geofizyczne (georadar). Wykonuje się w celu rozpoznania rodzaju i stanu warstw oraz poziomu wód gruntowych.

Głębokość rozpoznania:

- wykopy komunikacyjne - 3m poniżej projektowanego dna

- nasypy komunikacyjne niskie (do 3m wysokości) - 3m

- nasypy komunikacyjne wysokie- min. 4m

- inne nasypy - do głębokości Z_max

Ilość i rozmieszczenie otworów zależy od stopnia złożoności warunków gruntowych.

4. Badania gruntów w wykopach

Prowadzi się je w celu kontroli zgodności z projektem.

• Wymagania dla wykopów o wysokości pow. 5m (kat. geotechn. II i III):

Pobiera się po min. 2 próby na każdą odkrywaną warstwę gr. i nie mniej niż 1 na każde 5 tys. m² powierzchni dna i skarp.

Zakres badań:

uziarnienie, wilgotność, granice konsystencji dla spoistych (gęstość obj. jeśli potrzebna do obliczeń)

• Wymagania dla wykopów o wysokości poniżej 5m (kat. geotechn. I).

makroskopowe badanie zgodności gr. z dokumentacją

5. Kontrola jakości gr. wbudowywanego w nasypy.

Obejmuje ocenę zgodności rodzaju wbudowywanego gr. jego stanu i parametrów geotechn. z projektem. Badania wykonuje nadzór geotechniczny, dla dużych obiektów otwiera się lab. polowe.

• Wytyczne kontroli bieżącej

rdzeń (nasyp statyczny)

uszczelnienie mineralne

drenaże i filtry

1. nasyp statyczny

Rodzaj badań	Ilość
ρ i wn - ρd uziarnienie lub udział frakcji <2mm parametry zagęszczalności ρds , wopt	min 1 próbka na 2500m^2 zagęszczonej warstwy min 3 próbki z kontrolowanej warstwy o pow. do 1000m^2, dodatkowe 3 punkty na każde 1000m^2 min 1 badanie na 5000m^3 wbudowanego gruntu

2. uszczelnienie mineralne

Rodzaj badań	Ilość
ρ i wn - ρd IL i uziarnienie parametry zagęszczalności	min 1 komplet badań na 1000m^2 warstwy min 3 próbki (wn, ρ) z warstwy min 1 komplet badań na 2500m^3 wbudowanego gruntu

c)drenaże i filtry

Rodzaj badań	Ilość
ρ i wn uziarnienie w miarę potrzeb	min 1 próbka na 500m^2 zagęszczonej warstwy min 3 próbki z kontrolowanej warstwy

• Kontrola rozmieszczenia gruntów w nasypie

• Kontrola geometrii nasypu

Obejmuje sprawdzenie:

- rzędnej posadowienia nasypu (odchyłka ±3-5cm)

- rzędnej wierzchu nasypu (±2-5cm)

- szerokości korony nasypu (±5cm)

- nachylenia skarp (5-10%)

6. Kontrola zagęszczenia nasypu

• Rodzaje kontroli

1. bieżąca - odbiór wykonanej warstwy warunkujący dopuszczenie do układania kolejnej

2. powykonawcza - prowadzona w celu wykrycia miejsc słabych, pustek (kawern), określenia skutków przemarzania

3. eksploatacyjna - prowadzona w toku użytkowania istniejącej budowli, ma charakter okresowy (zapory ziemne co 5 lat) lub doraźny (gdy pojawiają się objawy świadczące o pogorszeniu stanu nasypu)

• Metody kontroli gruntów drobnoziarnistych

a) na podstawie próbek o nienaruszonej strukturze (NNS). Pobiera sięga pomocą stalowych pierścieni w celu wyznaczenia ρ_d, lub za pomocą cylindra miarowego piaskiem kalibrowanym




Warunku może nie spełniać 10% próbek dla nasypów w kat. geotechn. II i III lub 15% dla kat. I.

b) Badanie sondą dynamiczną

Dopuszczalne jest, jako badanie masowe w celu wytypowania słabych miejsc lub jako kontrola powykonawcza. W badaniu określa się J_D - wartość stopnia zagęszczenia na podstawie ilości uderzeń potrzebnych na zagłębienie sondy o 10cm w grunt. Może być wymagane przeliczenie J_D na wartość J_S.

np. Ps:


c) badanie dynamiczną płytą sztywną.

W badaniu wyznacza się dynamiczny moduł odkształcenia E_V2, na podstawie którego wylicza się wskaźnik zagęszcz.

6.3 Metody kontroli zagęszczenia gruntów gruboziarnistych i kamienistych

a) metoda „dołka”

b) płyta statyczna VSS. Mierzy się osiadanie płyty o średnicy 30cm, obciążonej statycznie siłownikiem hydraulicznym. Wskaźnik odkształcenia:




E_z - moduł odkształcenia wtórnego

E_y - moduł odkształcenia pierwotnego

Wartość wymagana: J₀ < 2,2

E_z > 80-120MPa

Wykład 10 (Wykonawstwo robót ziemnych w trudnych warunkach geotechnicznych) 17.12.2009

1. Wykonawstwo robót w okresie zimowym

1.1 Wstęp

Z uwagi na duży wzrost kosztów, należy roboty ograniczyć do uzasadnionych przypadków

- konieczność dotrzymania terminów

Jak najwcześniejsze rozwinięcie wiosną frontu robót przy budowie nawierzchni drogowych

- gdy ujemne temperatury są czynnikiem korzystnym




1.2 Możliwość prowadzenia prac w ujemnych temperaturach zależy od:

- tempa prowadzenia prac

- stanu ubijanego gruntu

- możliwości jego zagęszczenia do wymaganej wartości J_SW

W przypadku prowadzenia robót ziemnych w systemie ciągłym należy przede wszystkim zabezpieczyć masy ziemne przed zamarznięciem. Wymaga to:

- prowadzenia robót w trybie pracy 3-zmianowej

- ograniczenia przerw w pracach do 2h przy temp -10°C

- w przypadku zamarznięcia na odkładach lub w złożu ponad 50% przewidzianego do przemieszczenia urobku należy zaniechać robót

- grunty przewozić na odległości możliwie najkrótsze

- przy temp. <-10°C należy przerwać roboty

- nie wolno prowadzić prac na podłożu zamarzniętym

- do formowania nasypów zaleca się stosować tylko grunty niespoiste o w_n < w_opt nie zawierające śniegu ani lodu

- należy stosować metody urabiania i zagęszczania zapewniające pełne rozkruszenie i zagęszczenie gruntu do wartości wymaganej wsk. zagęszcz. J_SW

- grubość warstw powinna być zmniejszona o połowę a ilość przejazdów sprzętu zagęszczającego zwiększona o połowę w stosunku do zaleceń dla warunków dotyczących temp. dodatnich

- wbudowywane warstwy powinny być zabezpieczone przed przemarzaniem

- należy powierzchnie najwyższej warstwy oczyścić ze śniegu przed ułożeniem na niej nowej warstwy gruntu

1.3 Wykonywanie wykopów

Do wykonania wykopów w porze zimowej nadają się duże wykopy. Wykopów małych, płytkich i regulacji istniejących skarp nie wykonuje się, bo miałoby się do czynienia tylko z gruntem zamarzniętym. W zimie wykop wykonuje się przeważnie metodą czołową, do ładowania nadaje się dobrze koparka. Zamarznięty grunt (~20cm) można odspajać takimi samymi środkami jak grunt nie zamarznięty. Do rozmarzania używa się chlorku wapnia lub sodu, ługu posulfitowego oraz mocznika. Warstwa gr. 20-50cm - koparka przedsiębierna.

Odspajanie górnej zamarzniętej warstwy gr.




Jeżeli warstwa gr. >50cm odspaja się metodami jak dla gruntów skalistych (materiał wybuchowy). Śnieg usuwa się dopiero w ostatniej chwili przed rozpoczęciem wydobywania gruntu. Jeżeli zima bezśnieżna - przeciwdziałanie zamarzania gruntu przykryciem warstwą liści, trocin, sieczką ze słomy, żużlem kotłowym. Wydajność przy odspajaniu gr. zamarzniętego jest mniejsza niż gr. nie zamarzniętego, szczególnie przy pracy ręcznej.

Sprzęt: łomy, kilofy, oskardy, młoty pneumatyczne

przy większych powierzchniach - zrywarki

1.4 Wykonywanie nasypów

Wykonuje się nasypy niewysokie (2-4m) na płaskim terenie, o małych spadkach. Wysokie nasypy (w okresie zim) bardzo osiadają przy rozmrożeniu (dopuszczalna wielkość osiadania nasypów - 10cm). Nie wolno stosować gr. ilastych, pylastych, i lessowych o wilgotności przekraczającej granicę plastyczności.

Dopuszczalna metoda - warstwowa

Większe zamarznięte bryły traktujemy jak skały. Objętość zamarzniętego gruntu nie może być większa niż 30% całego gr. wielkość zamarzniętych bryłek <1/3 grubości warstwy po zagęszczeniu. Warstwy gruntu powinny być wbudowywane poziomo.

1.5 metody zabezpieczania gruntu przed zamarznięciem

- zaoranie powierzchni gruntu na głębokość 30cm i przebronowanie

- przykrycie terenu lokalnie dostępnymi materiałami izolacyjnymi (liście, wióry - 25cm, trociny i rozdrobniony torf - 30cm, żużel, miał węglowy - 40cm, suchy popiół- 25cm)

- nasycenie gruntu środkami opóźniającymi zamarzanie

- zastosowanie osłon typu namiotowego (cieplaki) z nadmuchem ciepłego powietrza

1.6 metody rozmrażania gruntów

Głębokość przemarzania w Polsce (0,8-1,2m). Im większa wilgotność tym większa strefa przemarzania.

a) rozmrażanie powierzchniowe

- ogniska i koksowniki (małe powierzchnie)

- elektryczne ogrzewanie powierzchniowe wykonane z grzejników elektrycznych w obudowie blaszanej

- ogrzewacze parowe z rur w układzie zamkniętym

- gorąca woda lub para pod przekryciem typu namiotowego

- dmuchawy w cieplakach

- metody elektrooporowe

b) rozmrażanie wgłębne

- igły parowe (rury stalowe grubościenne perforowane)

- igły wodne o konstrukcji rurowej (układ zamknięty) temp wody 50-70°C

- igły elektryczne

2. Budowa nasypów na zboczach.

2.1 Wstęp

Trzeba przeprowadzić dogłębną analizę stateczności. Mogą nastąpić 2 schematy utraty stateczności:

- w wyniku obrotu wzdłuż kołowo-cylindrycznej powierzchni poślizgu

- w wyniku zsuwu powierzchniowego wzdłuż płaszczyzny poślizgu

Zasady formowania nasypów na skarpach:

- w technologii gruntu zbrojonego]

- zabezpieczenie nasypu przed wodami opadowymi rowami opaskowymi i przepustami

- dostosowanie metod zagęszczenia nasypów do lokalnych warunków (poprzez zastosowanie płyt zagęszczających mocowanych na wysięgniku koparki lub zagęszczarek przesuwanych po powierzchni skarpy za pomocą wyciągarki linowej).

2.2 Przyczyny osuwisk

- na skutek obciążenia zbocza nasypem

- w warunkach naturalnych

- podcięcie zbocza wykopem

- nieprawidłowe sypanie i zagęszczanie

- na skutek braku nacięć

- zastosowanie metody bocznej

-bezładne wbudowywanie w nasyp gruntu o odmiennych właściwościach

- niewłaściwe odwodnienie nasypu i zbocza

2.3 Zalecenia

Zwalczanie osuwiska polega na:

- odcięciu dopływu wody opadowej na teren osuwiska

- osuszeniu powierzchni poślizgu pomiędzy warstwami zbocza

- podparcie od dołu murami podporowymi mas ziemnych, które jeszcze grożą osunięciem

Nasyp w miejscu uszkodzenia uzupełnia się jednorodnym gruntem.

---