Metóda hĺbkového hutnenia CDC

12. septembra 2014

Partneri sekcie:

Metóda hĺbkového hutnenia CDC je rýchla a osvedčená technika hutnenia nesúdržných zemín. Podložné vrstvy sú hutnené z povrchu terénu padaním 9 až 16 ton ťažkého závažia z vopred určenej výšky v intervaloch od 40 do 80 úderov za minútu. Celkové zhutnenie závisí od typu zeminy, od vstupnej energie, požadovaného stupňa zhutnenia a je merateľné až do hĺbky 8 m pod úrovňou terénu.

Z dôvodu potreby hĺbkového hutnenia zemín sa táto metóda aplikovala na stavbe Terminálu intermodálnej prepravy (TIP) Žilina. Celková realizovaná plocha bola asi 30 000 m². Hutnenie prebiehalo v novembri a decembri 2013. V posledných rokoch charakterizujú stavby časovo náročné termíny, preto je potrebné využívať nové a progresívne metódy na ich urýchlenie. Stavba TIP Žilina si vyžiadala použitie inovatívnych metód vylepšenia neúnosného podložia. Pri používaní tradičných metód (štrkové a pieskové piliere, výmena podložia) sa nachádzame v časovej a finančnej tiesni. Metódou hĺbkového hutnenia výrazným spôsobom eliminujeme nielen časovú náročnosť výstavby, ale zabezpečíme aj rovnomerné sadanie konštrukcií budovaných na násype.

Metóda hĺbkového hutnenia CDC

Cieľom hĺbkového hutnenia je dynamicky konsolidovať podložné vrstvy a zvyšovať stabilitu podložia zemného telesa. Dynamické hutnenie zemín sa využíva v prostredí na to vhodnom, ako sú piesky, štrkopiesky, štrky, íly a spraše (prípadne atropogénny materiál). Tieto zeminy sú charakterizované rôznou konzistenciou, vysokou pórovou kapacitou a náchylnosťou na nerovnomerné sadanie. V prípade zaťaženia týchto typov zemín dochádza k značnému sadaniu, ktoré je spôsobené ich vysokou stlačiteľnosťou. Vzniknuté sadania spôsobujú následné konštrukčné problémy. Realizácia dynamického hutnenia prebieha takto:

pláň musí byť vodorovne upravená (prípadne terasovito upravená),
pásový nosič s hutniacou pätou (obr. 1) hutní zeminy podľa požiadavky budúcej stavby a posúva sa smerom dozadu (obr. 2),
po ukončení hutnenia prebiehajú kontrolné skúšky zhutnenia pomocou statických alebo dynamických penetračných sond, ako aj statické zaťažovacie skúšky.

Obr. 1 Skica strojového vybavenia CDC

Použitie dynamického hutnenia je vhodné v nesúdržných zeminách, pri prechodových oblastiach (napríklad skládky), pri zakladaní hál a objektov na neúnosnom podloží (napríklad medzistaničné priestory atď.) Dynamickým hutnením možno adekvátne nahradiť štrkové piliere alebo výmenu podložia. Výhodou je rýchlosť realizácie dynamického hutnenia – asi 2 000 m² denne. Použitie hutniacej päty závisí od požiadavky zhutnenia prostredia. K dipozícii sú tri typy, ktoré majú priemer 1,5 m, 2,0 m a 2,6 m. V závislosti od požadovaného stupňa a hĺbky zhutnenia sa zvolí potrebný priemer (čím je priemer nohy menší, tým sa dosiahne väčšia hĺbka). Dynamické hutnenie možno realizovať aj v intraviláne, kde minimálna vzdialenosť od zástavby je asi 15,0 m, pričom je potrebné merať vibrácie v budove. Vzdialenosť sa dá skrátiť napríklad vytvorením ryhy pred alebo v okolí budovy. Technológia dynamického hutnenia umožňuje rýchlo a efektívne pripraviť podložie na ďalšiu výstavbu.

Obr. 2 Príklad postupu CDC

Terminál intermodálnej prepravy Žilina

Cieľom hĺbkového hutnenia bolo dynamicky konsolidovať podložné vrstvy a zvyšovať stabilitu podložia zemného telesa. V prípade TIP Žilina ide o ílovité prostredie s veľmi kyprými pieskami, lokálne štrkopieskami, do hĺbky asi 4 až 5 m. Časť územia sa nachádza na starej materiálovej jame, ktorá je vyplnená antropogénnym materiálom do hĺbky asi 8 m. Tieto zeminy a antropogénny materiál charakterizuje rôzna konzistencia a vysoká pórová kapacita. Keďže sa na tomto území bude budovať žeriavová dráha dlhá 750 m s rozpätím asi 45 m a úložisko kontajnerov, bolo nutné zabezpečiť stabilitu celého územia a zabrániť nerovnomernému sadaniu prostredia. Z dôvodu nakyprenia bolo potrebné hĺbkovo zhutniť tieto zeminy a na povrchu zvýšiť deformačné parametre. Generálnym projektantom stavby je REMING CONSULT, a. s., Bratislava. Investorom stavby sú Železnice Slovenskej republiky a generálnym dodávateľom OHL ŽS, a. s., Bratislava. Realizácia dynamického hutnenia prebiehala na stavebnom objekte SO 3101. Celková plocha CDC je uvedená v tab. 1.Ako hlavný podklad na vyhodnotenie prác slúžil výstup z datalogera, ktorý automaticky zaznamenával údaje ako dátum, čas, maximálna frekvencia úderov na každý hutnený bod, číslo hutneného bodu a grafický výstup aplikačnej pláne.

Tab. 1 Rozpis počtov hutnenia a celková zhutnená plocha

Použité strojové vybavenie

Na realizáciu dynamického hutnenia sa použila špeciálna hlavica vyvinutá spoločnosťou Cofra B.V. s označením Junttan, ktorá je inštalovaná na pásový nosič CAT385 (obr. 3). Hlavica Junttan sa skladá z dvoch častí, ktoré sú spojené. Spodnú časť tvorí hutniaca päta s priemerom 2,0 m a vrchná časť je hydraulická so 16-tonovým kladivom vnútri. Na kontrolu dynamického hutnenia sa vykonali dynamické penetračné skúšky (DPS) a statické zaťažovacie skúšky (SZS) na preukázanie únosnosti základovej škáry. DPS sa vykonali pred zhutnením, kontrolné DPS v jeho priebehu a záverečné po hutnení. Výsledky penetračných skúšok (obr. 4) preukazujú výrazné zlepšenie deformačných parametrov. Celkové množstvo DPS bolo 42. Statické zaťažovacie skúšky (SZS) sa realizovali v základovej škáre po dynamickom hutnení (obr. 5). Celkovo sa zrealizovalo 12 SZS.

Obr. 3 Strojové vybavenie CDC

Záver

Metóda hĺbkového hutnenia CDC sa použila na stavbe TIP Žilina v období novembra a decembra 2013. Celková plocha zhutnenia bola 30 540 m². Celkové zvýšenie deformačných parametrov do hĺbky asi 6 m bolo v priemere 2,44-násobné. Výsledky E_def2 dosiahli od minimálne 20,16 MPa do maximálne 110,94 MPa, v priemere sa dosiahlo E_def2 = 46,05 MPa. Tieto výsledky jasne dokazujú, že použitá technológia CDC bola správna. Metóda hĺbkového hutnenia CDC je vhodná nielen na dopravné, ale aj pozemné stavby. V súčasnosti sa pripravujú rôzne projekty zakladania veľkých obytných objektov a hál.