Keller Polska Sp. z o.o.

Geotechnika bez ryzyka




Keller Polska Sp. z o.o. - Keller EMEA Division

Technologia kolumn o kontrolowanej sztywności (ang. CSC – Controlled Stiffness Column) jest metodą wzmocnienia gruntu polegającą na wykonaniu kolumn tworzących wraz z otaczającym podłożem kompozyt o sztywności większej od sztywności gruntu. Współpraca pomiędzy kolumnami a gruntem i ich wzajemny stosunek sztywności oraz brak  połączenia konstrukcyjnego pomiędzy kolumnami a fundamentem są głównymi cechami metody różnicującymi ją od tradycyjnych technik palowych.

  csc schemat  

Kompozyt kolumny-podbudowa umożliwia przejęcie całości lub części obciążeń obiektu oraz  przeniesienie ich w głębsze warstwy poprzez tarcie na pobocznicy i opór podstawy. Odciążenie w ten sposób słabszych warstw powoduje redukcję osiadania obiektu.

Technologia ta może być stosowana jako wzmocnienie gruntu dla każdego typu obiektu wrażliwego na osiadania. Dotyczy to zarówno fundamentów pojedynczych (stopy fundamentowe), liniowych (ławy fundamentowe), powierzchniowych (płyty fundamentowe oraz posadzki) jak i nasypów drogowych/kolejowych. Technologia znajduje zastosowanie dla posadowienia budynków mieszkalnych, przemysłowych, handlowych, sportowych, obiektów inżynierskich oraz w budownictwie infrastrukturalnym.

Kolumny o średnicy 270, 360 i 400 mm wykonuje się w równych siatkach jako elementy pionowe niezbrojone lub ze zbrojeniem. Kolumny wykonuje się przy użyciu palownicy wyposażonej w głowicę przemieszczeniową lub rurę wibracyjna, która w zależności od rodzaju i stanu początkowego gruntu oraz warunków lokalnych może być wkręcana albo wwibrowywana w podłoże gruntowe.

W wyniku pogrążania głowicy/rury grunt przemieszcza się na boki, bez wynoszenia urobku na powierzchnię, efektem czego jest dogęszczenie podłoża, a tym samym dodatkowa poprawa parametrów gruntu wokół kolumny.

Trzon kolumny iniektowany/betonowany jest każdorazowo pod ciśnieniem w trakcie podciągania głowicy przemieszczeniowej. Rodzaj użytego do formowania kolumny iniektu/betonu oraz jego parametry wytrzymałościowo-odkształceniowe zależą od zakładanego udziału kolumny w przenoszeniu obciążenia, wynikającego z wzajemnej relacji sztywności pomiędzy kolumną a wzmacnianym podłożem.

  csc etapy  

 

Zakładaną sztywność podłoża, spełniającą wymagania SGU dla projektowanych obiektów uzyskuje się poprzez zastosowanie odpowiedniej siatki kolumn o określonej średnicy i długości.

W celu zapewnienia optymalnej współpracy podłoża gruntowego z kolumnami CSC w większości przypadków na ich głowicach wykonywana jest warstwa podbudowy redystrybuująca obciążenia wewnątrz kompozytu. Możliwe jest także zastosowanie kolumn bez warstwy podbudowy.

Zasadniczymi zaletami kolumn CSC są:

  • brak urobku wydobywanego na powierzchnię,
  • brak niekorzystnych oddziaływań na sąsiadujące obiekty podczas wykonywania kolumn w technologii wkręcanej,
  • brak rozluźnienia gruntu podczas wykonywania kolumn,
  • jednorodny charakter pracy wzmocnionego podłoża,
  • możliwość zachowania bezpośredniego charakteru posadowienia fundamentów (przy zastosowaniu podbudowy) przy jednoczesnym spełnieniu SGU w zakresie osiadania obiektu,
  • zmniejszenie ilości zbrojenia w fundamentach w porównaniu do innych, palowych technologii,
  • niskie zużycie materiału w porównaniu z kolumnami wykonywanymi w innych technologiach,
  • duża szybkość wykonania.

 

csc 1 csc 2

 

csc 3 csc 4

 

Geodreny

stosuje się w celu przyspieszenia konsolidacji silnie nawodnionych gruntów spoistych i organicznych, w połączeniu z tymczasowymi lub docelowymi nasypami przeciążającymi. Ich działanie polega na skróceniu drogi filtracji wody w podłożu i umożliwieniu swobodnego wypływu wody wyciskanej z porów gruntu na powierzchnię terenu, wzdłuż drenu. Technologia jest szczególnie przydatna dla obiektów inżynierskich zajmujących duże powierzchnie, jak np. drogi, parkingi, place składowe. Geodreny zbudowane są z geowłókniny filtracyjnej oraz syntetycznego rdzenia. Na budowę dostarczane są w rolkach, które mocuje się u podstawy masztu prowadzącego palownicy lub koparki i wprowadza w przelot iglicy, która służy do ich wciskania w ściśliwe grunty, do wymaganej głębokości.

 

swf1 Geoderny - animacja

Dreny zagłębia się w warstwy nośne na głębokość około 0,5 m. Zakotwienie drenów w podłożu następuje przez odpowiedni element kotwiący, wykonany np. z odcinka pręta zbrojeniowego, do którego mocuje się taśmę drenu. Długość elementu kotwiącego oraz sposób zamocowania dolnego końca drenu muszą zapewniać odpowiednią wytrzymałość całego zakotwienia w czasie wyciągania iglicy z gruntu.

Do głównych zalet geodrenów należy zaliczyć:

  • znaczące przyspieszenie konsolidacji ściśliwych gruntów, o małej wodoprzepuszczalności naturalnej,
  • stosunkowo niskie koszty wykonania (bez uwzględnienia kosztów nasypu przeciążającego),
  • szybkość wykonania.

 

dreny 1 dreny 2

wibrator do wibrowymiany Kolumny betonowe ze stopą żwirową (FSS) wykonywane są w technologii wibrowymiany Kellera, tj. za pomocą wibratora wgłębnego z wewnętrznym podawaniem materiału w ten sam sposób jak kolumny żwirowe KSS.

W pierwszej fazie wykonania kolumn FSS 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 żwirowej w gruncie nośnym.

W drugiej fazie następuje formowanie betonowego trzonu kolumny w obrębie gruntów słabych. W tym celu do wibratora wsypuje się zamiast kruszywa beton ubijalny o konsystencji półsuchej.

Dodatkowym efektem jaki towarzyszy formowaniu trzonu kolumny jest poprawienie parametrów mechanicznych otaczającego gruntu.

Nośność "zewnętrzną" kolumn FSS oblicza się na podstawie nacisków granicznych przyjętych zgodnie z normą dla osiągniętego stopnia zagęszczenia stopy żwirowej wykonanej w podstawie kolumny. Obliczeniowa nośność "wewnętrzna" trzonu kolumny zależy od rodzaju betonu i jest dobierana w ten sposób aby przewyższała nośność zewnętrzną. Kolumny FSS wykonuje się bez zbrojenia, średnica obliczeniowa trzonu betonowego wynosi 60 cm.

W typowych przypadkach kolumny FSS mają nośność obliczeniową od około 400 do 700 kN.

W zakresie badań kontroli jakości wykonanych robót wykonuje się badania kruszywa użytego do wykonania stopy żwirowej, sondowania dynamiczne stóp żwirowych kolumn FSS, badania wytrzymałości betonu oraz niekiedy próbne obciążenia kolumn FSS. Zasadniczymi zaletami kolumn FSS są:

  • krótsza długość kolumn w stosunku do pali o tej samej nośności, co wynika z korzystnego działania poszerzonej stopy żwirowej,
  • automatyczna rejestracja w trakcie wykonywania kolumn FSS podstawowych parametrów produkcyjnych (m.in. długość, objętość kruszywa, objętość betonu, opór pogrążania wibratora w podłoże, prędkość pogrążania wibratora w podłoże, czas wykonania), co pozwala na bieżące śledzenie jakości wykonanych robót,
  • dostosowanie długości kolumn do rzeczywistego przebiegu nośnych warstw gruntu w podłożu dzięki rejestracji oporu penetracji wibratora w podłoże,
  • brak urobku wydostającego się na powierzchnię,
  • szybkość wykonania,
  • niski poziom hałasu w czasie robót,
  • wykonywanie kolumn bez wystąpienia efektu rozluźnienia gruntu,
  • możliwość ustalenia nośności bez potrzeby wykonywania próbnych obciążeń, tj. na podstawie kontroli stopnia zagęszczenia stopy żwirowej , średnicy kolumny oraz wytrzymałości betonu,
  • poprawienie parametrów wytrzymałościowych otaczającego gruntu i podłoża nośnego,
  • niższe jednostkowe koszty wykonania w porównaniu do większości pali.

 

etapy

 

Zakres zastosowań:

Z punktu widzenia rodzaju podłoża gruntowego zakres stosowania kolumn betonowych ze żwirową stopą obejmuje grunty spoiste i niespoiste (podobnie jak w przypadku wibrowymiany) oraz dodatkowo większość gruntów organicznych, gdzie zastosowanie kolumn żwirowych jest niemożliwe z uwagi na zbyt niską wytrzymałość otaczającego gruntu.

O zastosowaniu technologii kolumn betonowych ze żwirową stopą (FSS) w konkretnym rozwiązaniu projektowym poza rodzajem gruntu decyduje wiele innych czynników, m.in. obciążenia fundamentów, wymagania odnośnie dopuszczalnego osiadania fundamentów, agresywność wody gruntowej, odległość od sąsiedniej zabudowy w terenie, koszt przyjętego rozwiązania posadowienia obiektu.

 fss 1  fss 2 fss 3

Na wielu odcinkach rzek z uwagi na brak możliwości prostego poszerzenia wałów występuje konieczność wykonania przesłon przeciwfiltracyjnych, które wydłużają drogę filtracji w okresie podwyższonego stanu wód oraz wpływają na podwyższenie współczynnika stateczności wału.

Przesłony przeciwfiltracyjne wykonywane są bezpośrednio w gruncie z wykorzystaniem różnych metod, które można podzielić na różne grupy:

  • wgłębne mieszanie na mokro – DSM wet,
  • przesłony wykonywane wibratorem nasadowym WIPS (Wibracyjnie Iniektowana Przesłona Szczelinowa),
  • przesłony wykonywane wibratorem skrzydełkowym,
  • przesłony wykonywane koparkami (np. koparką kubełkową).

Metoda DSM wet

przeslona 1 Technologia DSM wet polega na wierceniu w osi wału zachodzących na siebie kolumn, na projektowaną głębokość, przy pomocy specjalistycznej wiertnicy i mieszadła, które miesza dostarczane spoiwo z gruntem znajdującym się w wale.

Średnica oraz rozstaw zachodzących na siebie kolumn DSM dostosowywana jest do wymagań projektowych odnośnie wymaganego współczynnika przepuszczalności przesłony, np. dla kolumn o średnicy 80 cm i rozstawie 70 cm uzyskuje się przesłonę o grubości min. 35 cm.

Zaczyn cementowy produkowany jest w stacji mieszalnikowej i transportowany za pomocą węży do miejsca wbudowania. Trzykrotne mieszanie każdej kolumny DSM kolumny, z jednoczesnym podawaniem zaczynu poprzez dysze znajdujące się w spodzie wiertła, gwarantuje jednorodność przesłony i wysoką jakość robót.

Do wykonania przesłon używa się różnego rodzaju spoiw na bazie np. cementu, bentonitu, czy popiołów, współczynnik filtracji materiału przesłony wynosi zwykle k < 1x10-8 m/s.

Dla zwiększenia wydajności robót oraz podwyższenia ich jakości firma Keller Polska opracowała technologię mieszania gruntu DSM w zastosowaniem kilku mieszadeł jednocześnie.

Zasadniczymi zaletami metody DSM są:

  • niewielka ilość urobku,
  • uzyskanie przesłony o dowolnej grubości w zależności od przyjętego rozstawu kolumn DSM,
  • stosowanie nieszkodliwych dla środowiska materiałów,
  • brak wibracji.
dsm wet dsm wet 2 przeslona 2

  

WIPS - Wibracyjnie Iniektowana Przesłona Szczelinowa

  

Przesłona przeciwfiltracyjna w technologii WIPS wykonywana jest za pomocą zawieszonego na samojezdnym dźwigu lub palownicy wibratora nasadowego do którego podczepiony jest profil dwuteowy o wysokości zwykle od 0,6 m do 1,0 m. Dwuteowy profil wprowadza się osiowo w korpus wału pod wpływem wibracji i ciężaru własnego. Po wibrowaniu stalowego profilu dwuteowego w korpus wału następuje tłoczenie spoiwa za pomocą dysz zlokalizowanych w podstawie dwuteownika. 

Zaczyn produkowany jest w stacji mieszalnikowej i pompowany wężami do stanowiska na wale na odległość do 1500m.

W czasie podciągania profilu dwuteowego do góry, wolna przestrzeń powstała w gruncie zostaje wypełniona spoiwem, które wnika również w przestrzeń porową otaczającego gruntu. Kolejna kolumna  pogrążana jest w taki sposób, że zahacza stopką o wykonany wcześniej element. Dzięki zastosowaniu odpowiedniego rozstawu punktów iniekcji uzyskuje się po związaniu spoiwa przesłonę przeciwfiltracyjną o grubości ok. 8 - 15 cm zależnie od rodzaju gruntu.

  

Zasadniczymi zaletami technologii WIPS są:

  • duża szybkość wykonania,
  • niskie koszty wykonania przesłony,
  • możliwość osiągania dużych głębokości przesłon,
  • efekt dodatkowego dogęszczenia gruntu.

wips sch1

wips sch2

 

wips 2 wips 3 wips 1

  

Przesłona wykonywana wibratorem skrzydełkowym

  

Zasada wykonania przesłony wibratorem skrzydełkowym jest podobna jak w przypadku technologii WIPS. Wibrator skrzydełkowy zamocowany wzdłuż masztu palownicy pogrążany jest w korpus wału za pomocą wibracji oraz ciężaru własnego.

  

Po osiągnięciu projektowanej głębokości poprzez dysze zamontowane przy ostrzu wibratora pompuje się spoiwo i jednocześnie podciąga wibrator do góry. Przestrzeń zajęta wcześniej przez wibrator wypełniana jest spoiwem, które po związaniu tworzy pionową przesłonę przeciwfiltracyjną. Do produkcji spoiwa stosuje się różne składniki, np. cement, bentonit, mączkę wapienną, popioły lotne i inne.

  

Skład i rodzaj mieszanki dostosowuje się do wymagań projektowych odnośnie wymaganego współczynnika filtracji oraz wytrzymałości przesłony.

  

Zasadniczymi zaletami tej technologii są:

  • duża szybkość wykonania i niskie koszty,
  • efekt dodatkowego dogęszczenia gruntu,
  • możliwe osiąganie dużych głębokości przesłon.
wibr skrz 2

 

swf1 Przesłona wykonywana wibratorem skrzydełkowym - animacja

 

Przesłony przeciwfiltracyjne wykonywane koparkami

Firma Keller Polska Sp. z o.o. oferuje również wykonanie przesłon przeciwfiltracyjnych realizowanych przy pomocy koparek hydraulicznych, chwytakowych, kubełkowych lub zwykłych koparek wyposażonych w odpowiedni osprzęt do wykonywania wykopów szczelinowych. Głębienie szczeliny odbywa się w osłonie zawiesiny twardniejącej, która stabilizuje ściany wykopu dzięki właściwościom tiksotropowym i zapobiega obrywaniu się gruntu. Zawiesina po związaniu tworzy pionową przegrodę przeciwfiltracyjną wykonaną w korpusie wału lub w jego podstawie w zależności od wymagań projektowych. Skład i właściwości zawiesiny dostosowuje się każdorazowo do wymagań projektowych często wykonując wstępne badania laboratoryjne.

Zasadniczymi zaletami przesłon przeciwfiltracyjnych wykonywanych koparkami są:

  • możliwość uzyskiwania dużych grubości przesłony,
  • prosta technologia wykonania,
  • duża wydajność robót,
  • niski koszt robocizny.

Zagęszczanie dynamiczne i dynamiczna wymiana gruntu

Zagęszczanie dynamiczne (DC), nazywane także konsolidacją dynamiczną, polega na oddziaływaniu na wymagające wzmocnienia podłoże gruntowe za pomocą sekwencyjnych uderzeń o dużej energii, które generują falę zagęszczającą propagującą w głąb gruntu i na boki, co prowadzi do przemieszczania ziaren gruntu i ich lepszego upakowania. Prace wykonuje się z wykorzystaniem przystosowanego dźwigu, umożliwiającego szybkie podnoszenie i grawitacyjne spuszczanie ubijaka o dużej masie i z dużej wysokości. W przeciętnych warunkach masa ubijaka wynosi od 5 do 20 ton a wysokość spuszczania od 5 do 25 m, zależnie od potrzeb. W szczególnych zastosowaniach masa ubijaka i wysokość spadania mogą być większe, dochodząc nawet do 50 ton i 40 m.

 

swf1 Zagęszczenie dynamiczne - animacja

Efektywność zagęszczenia i głębokość oddziaływania zależą od nie tylko od sumarycznej energii przyłożonej na m2 powierzchni lub m3 objętości zagęszczanego gruntu ale w dużym stopniu także od rodzaju i właściwości gruntu, poziomu wody gruntowej i sekwencji zagęszczania w przyjętej siatce punktów. Istotne znaczenie mają również interwały czasu między poszczególnymi fazami zagęszczania, obejmującymi z reguły punkty pierwsze, wtórne i tzw. powierzchniowe prasowanie. W punktach zagęszczania tworzą się kratery, które wypełnia się materiałem dowiezionym z zewnątrz lub pozyskanym z platformy roboczej, odpowiednio podwyższonej w stosunku do docelowego poziomu wzmacnianego obszaru. Po zakończeniu zagęszczania dynamicznego należy dogęścić przypowierzchniową warstwę gruntu walcami.

Zakres stosowania:

  • Grunty zagęszczalne, grunty antropogeniczne (hałdy górnicze z łupka powęglowego, itp.)

 

dc 1 dc 2 dc 3


 

 

Dynamiczna wymiana gruntu (Dynamic Replacement - DR)

Za pomocą opisanego sprzętu i innego rodzaju ubijaków można wykonać kolumny kamienno-żwirowe w technologii wymiany dynamicznej DR. W praktyce najczęściej wykorzystuje się ubijaki w kształcie walca lub beczki, o masie i średnicy dostosowanej do potrzeb. Ubijak, podnoszony za pomocą specjalistycznego dźwigu i zrzucany grawitacyjnie, jak w metodzie DC, wbija się w podłoże i formuje krater, o przekroju nieco większym od przekroju ubijaka. Następnie do krateru wsypuje się materiał grubo-okruchowy, o trwałej strukturze, który kolejnymi uderzeniami ubijaka wbija się coraz głębiej w podłoże. Kontynuując na przemian ubijanie i wypełnianie krateru doprowadza się do uformowania kolumny i wzmocnienia podłoża.

Głębokość, na jaką można w ten sposób wbić w podłoże materiał grubo-okruchowy, zależy nie tylko od energii uderzania ale również od rodzaju gruntu i poziomu wody gruntowej. W większości przypadków ubijanie kończy się jeżeli obserwowany wpęd ubijaka wynosi 01-0,2 m/uderzenie. W przeciętnych warunkach kolumny kamienno-żwirowe osiągają długości do około 5-6 m.

Zakres stosowania:

  • Grunty spoiste: gliny, iły, pyły, grunty organiczne.

    dr 1

dr 2 dr 3

Nasze oddziały

Ożarów Maz.
Gdańsk
Kraków
Poznań
Wrocław
Szczecin

Społeczności

logo fb szare Facebook 
logo in szare Linkedin
logo instagram szare Instagram 
logo youtube szare Youtube
Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript. Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.