Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego Warszawa 08.01.2010r.

Wydział Inżynierii i Kształtowania Środowiska

Katedra Geoinżynierii

Zakład Geotechniki

Projekt 1

Wzmacnianie Gruntów

Marek Marszałkowski

Budownictwo gr. II

SPIS TREŚCI

1. Podstawa opracowania

2. Wykorzystane materiały

3. Opis technologii wykonania kolumn żwirowych

4. Założenia projektowe

5. Rozwiązania projektowe

6. Kontrola wykonawstwa i dopuszczalne odchyłki

7. Zalecenia do dalszych robót

8. Zmiany w dokumentacji

Załączniki:

1. Obliczenia Projektowe

2. Wzór protokołu dziennego wykonania kolumn żwirowych

3. Rys1. Przekrój przez kolumny

4. Rys2. Plan rozmieszczenia kolumn

5. Rys3. Obliczenie stateczności skarpy metodą Szwedzką

6. Tab1. Obliczenie stateczności skarpy metodą Szwedzką

1. Podstawa opracowania

Zagłoszenie zapotrzebowania na zaprojektowanie posadowienie na płycie fundamentowej

1. Wykorzystane materiały

W niniejszym opracowaniu wykorzystano:

[1] Schematyczny rysunek planowanego posadowienia płyty fundamentowej

[2] Fragment dokumentacji geotechnicznej dla danego rejonu planowanej inwestycji

[3] Polska Norma PN-81/B-03020. Grunty budowlane. Posadowienie bezpośrednie budowli. Obliczenia statyczne i projektowe.

3. Zakres opracowania

Wykonanie wgłębnego wzmocnienia podłoża gruntowego pod płyta fundamentową uznano za konieczne ze względu na obecność w podłożu gruntów spoistych Gz(Gliny zwięzłej), w stanie plastycznym wg [2]

W celu wzmocnienia podłoża gruntowego przewidziano wykonanie wgłębnego zagęszczenia przy zastosowaniu technologii kolumn kamienno żwirowych.

Niniejszy Projekt Technologiczny obejmuje:

• Opis technologii wzmocnienia – kolumny kamienno żwirowe,

• Określenie sposobu oraz zakres robót,

• Rozmieszczenie punktów kolumn,

• Ustalenie warunków kontroli wykonawstwa przedmiotowych robót,

• Określenie zaleceń odnośnie przygotowania podłoża.

4. Opis technologii kolumn żwirowych

Kolumny żwirowe powinny być wykonane w technologii wibrowymiany za pomocą wibratora wgłębnego z wewnętrznym podawaniem materiału, przy wspomaganiu transportu kruszywa wewnątrz wibratora sprężonym powietrzem i zastosowaniu śluzy wlotowej. Podawanie kruszywa powinno odbywać się przez kosz zasypowy poruszający się wzdłuż masztu palownicy.

W pierwszej fazie wibrator wypełnia się kruszywem i pogrąża w podłoże przy udziale wibracji i docisku maszyny podstawowej. Po osiągnięciu głębokości przewidzianej w projekcie następuje formowanie poszerzonej stopy z kruszywa w gruncie nośnym, przy czym podłoże rodzime doznaje dodatkowo wzmocnienia na skutek dogęszczenia (grunty sypkie) lub przyspieszonej konsolidacji (nawodnione grunty spoiste). W drugiej fazie następuje formowanie trzonu kolumny w obrębie gruntów słabych, wymagających wzmocnienia. W tym celu do wibratora wsypuje się od góry kruszywo przez specjalną śluzę. 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, aż do osiągnięcia poziomu roboczego.

5. Założenia projektowe

Przyjęto następujące założenia projektowe:

• Charakterystyczne rzędne:

• Poziom posadowienia płyty fundamentowej „0”

• Poziom platformy roboczej przyjęto wstępnie na rzędnej „0”

• Zakres występowania gruntów gliniastych w stanie plastycznym przyjęto na podstawie [1,2].

• Do wykonania kolumn żwirowych należy zastosować naturalne kruszywo mineralne o uziarnieniu ciągłym od do .

6. Rozwiązania projektowe

Przewidziano wykonanie wzmocnienia gruntu do głębokości 6,00m licząc od poziomu posadowienia fundamentów. Obszar przewidziany do wzmocnienia określona na podstawie zewnętrznego obrysu fundamentów z uwzględnieniem poszerzenia z każdej ze stron.

Przyjęty rozstaw punktów zagęszczenia należy zweryfikować na początku robót poprzez sprawdzenie osiąganego stopnia zagęszczenia za pomocą kontrolnych sondować wykonanych pomiędzy sąsiednimi punktami.

Przyjęto lokalizację punktów kolumn w siatce czworokątu, o boku 3,00m. Przyjętą siatkę punktów przedstawiono na rys. nr. 2.

Przewidziano wykonanie 182 punktów zagęszczenie o długości 6m, licząc od poziomu platformy roboczej (łącznie min 1092 mb), Długość ta może ulec zmianie po wykonaniu kontrolnych sondować przed rozpoczęciem prac specjalistycznych.

W trakcie formowania trzonu średnica kolumny żwirowej dostosowuje się do podatności boczną gruntu, która wynosi od około 0,60. Maksymalny docisk pionowy przekazywany na wibrator powinien wynosi około 150 kN. Przy zastosowaniu typowego wibratora siła odśrodkowa powodująca rozpychanie gruntu w czasie wibrowania, wywołana obrotem masy zamocowanej ekscentrycznie w pobliżu końca wibratora, powinna wynosić około 160-180 kN a amplituda poziomych drgań wibratora osiągać około 7 do 10 mm

Maksymalny docisk pionowy przekazywany na wibrator powinien wynosić około 150 kN. Przy zastosowaniu typowego wibratora siła odśrodkowa powodująca rozpychanie gruntu w czasie wibrowania, wywołana obrotem masy zamocowanej ekscentrycznie w pobliżu końca wibratora, powinna wynosić około 160-180 kN a amplituda poziomych drgań wibratora osiągać około 7 do .

7. Kontrola wykonawstwa i dopuszczalne odchyłki

Tyczenie miejsc posadowienia kolumn powinien wykonać geodeta. Dopuszczalne odchylenie położenia punktów kolumn w planie wynosi ±30 cm.

Kontrola jakości robót związanych z zagęszczeniem podłoża gruntowego obejmuje:

1. Automatyczna rejestracja parametrów produkcyjnych, tj.: numer kolumny, datę i godzinę rozpoczęcia penetracji, głębokość i prędkość penetracji wibratora, natężenie prądu pobieranego przez wibrator, czas wykonania kolumny.

2. Wykonanie badania laboratoryjnego kruszywa użytego do kolumn żwirowych

3. Sprawdzenie średnicy kolumn

4. Tolerancje wymiarów punktów wibrowymiany

5. Sprawdzenie ciągłości kolumn żwirowych

6. Wykonanie min. 4 kontrolnych sondowań dynamicznych (np. sondą średnią SD-30) kolumn celem sprawdzenia uzyskanego stopnia zagęszczenia gruntu po wzmocnieniu. Średnia wartość stopnia zagęszczenia gruntu w profilu sondowania nie powinna być mniejsza niż I_D=0,65. Interpretacji podlegają wyniki sondowań od głębokości 1.0 m poniżej poziomu platformy roboczej, wyniki sondowań od głębokości 1.0 m jako „nie miarodajne” powinny zostać odrzucone.

8. Zalecenia do dalszych robót

Po wykonaniu wzmocnienia podłoża gruntowego przewidzianego w niniejszym projekcie konieczne jest:

1. Zebranie wierzchniej warstwy gruntu wzmocnionego i zagęszczenie powierzchniowe. Płytę należy wykonać na podsypce piaskowo-żwirowej.

Obliczenia Projektowe

1.Dane wyjściowe:

• Wymiary płyty fundamentowej: L=45m, B=40m

• Obciążenie jednostkowe: p_o= 260 kPa

• Rodzaj gruntu: glina zwięzła G_z

• Stan gruntu: I_l=0,46

• Głębokość: max h₁= 6,2m, min h₂= 4,2m

Parametry gruntu: ; ;

2. Założenia

l_k= 3,0m l_k- rozstawa kolumn

D_k= 0,6m D_k- średnica kolumn

Przyjęty układ kolumn oparty na siatce kwadratowej:

D_e= 1,13·l_k=3,39m D_e- średnica zastępcza oddziaływania kolumny

Przyjęto kolumnę smukłą:

Przyjęto wysokość kolumn:

Kolumny wykonane będą ze żwiru Ż, mało wilgotnego, zagęszczonego o parametrach:

Poniżej przedstawiono parametry wytrzymałościowe przyjętego gruntu:

3. Sprawdzenie granicznego stanu nośności podłoża wzmocnionego kolumnami

obliczeniowy pionowy nacisk na kolumnę [kPa]

obciążenie graniczne kolumny

współczynnik korekcyjny

3.1. Obliczenie obliczeniowego pionowego nacisku na kolumnę

średnie obciążenie na podłoże

n- współczynnik koncentracji obciążenia

współczynnik redukcji

; gdzie:

- współczynnik Poissona

- współczynnik parcia czynnego kolumny gruntu

Podstawiając do wzoru:

Obliczeniowy pionowy nacisk na kolumnę wynosi;

2. Obliczenie obciążenia granicznego kolumny smukłej

- spójność

= 0 ( dla żwiru)

- współczynnik parcia czynnego kolumny gruntu

E_o- moduł odkształcenia gruntu

E_o= 12000 kPa

G_0u- moduł ścinania gruntu

k- współczynnik korekcyjny

K₀- współczynnik parcia gruntu w spoczynku

efektywne poziome naprężenie w gruncie na głębokości największego spęcznienia kolumny

Obciążenia granicznego kolumny smukłej wynosi:

Sprawdzenie warunku

Warunek spełniony

3. Sprawdzenie granicznego stanu przemieszczeń układu

osiadanie maksymalne podłoża ulepszonego

osiadanie dopuszczalne

- różnica osiadań przy miąższości maksymalnej i minimalnej

odległość między punktami z miąższością maksymalną i minimalną

• Obciążenie jednostkowe: p_o= 260 kPa

• Współczynnik Poissona:

• Moduł pierwotnego odkształcenia gruntu:

współczynnik wpływu

współczynnik redukcji osiadania

Gdzie:

- powierzchnia przekroju kolumny

powierzchnia przekroju podłoża gliniastego przypadającego na jedną kolumnę

współczynnik koncentracji naprężeń

• Obliczenie naprężeń

, - naprężenia odpowiednio w żwirze i w glinie zwięzłej

Dla h₁= 6,2m

Dla h₂= 4,2m

• Obliczenie współczynnika koncentracji naprężeń

• Obliczenie współczynnik

• Współczynnik redukcji osiadania

• Osiadanie podłoża

• Osiadanie podłoża wynosi

• Sprawdzenie II stanu granicznego:

warunek spełniony

warunek spełniony

Układ kolumn został zaprojektowany prawidłowo.

3. Sprawdzenie stateczności na wypieranie podłoża

- wysokość nasypu

szerokość korony nasypu

nachylenia skarp nasypu

Tutaj jeszcze jest jakieś obliczenie

Nasyp wykonany jest z piasku drobnego P_s dobrze zagęszczonego o I_D= 0,80.

Stateczność nasypu sprawdzono metodą Szwedzką.

Parametry występujące w obliczeniach:

kąt nachylenia stycznej do krzywej poślizgu w punkcie przecięcia się z nią osi paska

l - szerokość paska liczona wzdłuż płaszczyzny poślizgu

Obliczenie stateczności skarpy Metodą Szwedzką przedstawiono w Tabeli 1.

Przeprowadzone obliczenia wykazały, że skarpy nasypu są niestateczne.

Współczynnik stateczności skarp wynosi:

Minimalna wartość współczynnika stateczności powinna wynosić:

Założono wartość współczynnika stateczności i wyznaczono kąt tarcia jaki powinien mieć grunt, aby nasyp był stateczny.

Skarpa będzie stateczna dla:

.