ebook Wytyczne wzmacniania podłoża gruntowego kolumnami sztywnymi Michał Topolnicki, Bolesław Kłosiński

Wydawca: Wydawnictwo Naukowe PWN

Rok wydania: 2022

Wzmacnianie podłoża gruntowego kolumnami sztywnymi pozwala na szybkie i ekonomiczne posadowienie obiektów infrastrukturalnych oraz kubaturowych. Korzyściom ze stosowania kolumn towarzyszą jednak specyficzne wymagania, dotyczące badań gruntu, zaawansowanego projektowania wzmocnień, doboru metod i materiałów oraz kontroli wykonawstwa.

Niniejsza publikacja, spełniająca rolę krajowych wytycznych, umożliwia poznanie podstaw teoretycznych i schematów pracy wzmocnienia podłoża, a także zasad oraz dobrej praktyki projektowania i wykonywania robót. Przeznaczona jest dla jednostek projektujących, wykonujących i nadzorujących budowle, specjalistycznych wykonawców robót wzmacniania podłoża gruntowego, a także dla administracji drogowej i kolejowej oraz innych inwestorów. Skorzystają z niej także studenci kierunków budowlanych.

Książka powstała z inicjatywy Instytutu Badawczego Dróg i Mostów oraz firm geotechnicznych Keller Polska i Menard. Wytyczne uzyskały pozytywne rekomendacje Polskiego Komitetu Geotechniki oraz Polskiego Zrzeszenia Wykonawców Fundamentów Specjalnych.

Spis treści ebooka Wytyczne wzmacniania podłoża gruntowego kolumnami sztywnymi

Podstawowe oznaczenia 11
Podstawowe skróty 15
Przedmowa 17
1. Ogólne zasady wzmacniania podłoża kolumnami sztywnymi 21
1.1. Metoda wzmacniania 21
1.2. Mechanizm i podstawowe schematy wzmocnienia podłoża 24
1.3. Podłoża wymagające wzmocnienia 27
1.4. Cele wzmacniania podłoża gruntowego 27
1.5. Zakres stosowania kolumn sztywnych 28
1.6. Rodzaje kolumn objętych opracowaniem 29
1.7. Ograniczenia w stosowaniu kolumn 31
2. Badania podłoża gruntowego w celu jego wzmocnienia 32
2.1. Normowe dokumentacje 32
2.2. Normowe określenia wartości parametrów geotechnicznych 35
2.3. Identyfikacja słabego podłoża 37
2.4. Rozpoznanie wstępne podłoża 38
2.5. Rozpoznanie podłoża do projektu wzmocnienia 40
2.6. Rozpoznanie uzupełniające podłoża 43
2.7. Określanie parametrów odkształcalności słabych gruntów 43
2.8. Wybór modelu konstytutywnego gruntu i jego parametry 45
3. Projektowanie 51
3.1. Podstawy projektowania geotechnicznego 51
3.1.1. Wymagania ogólne 51
3.1.2. Model geotechniczny 53
3.1.3. Klasy konsekwencji 53
3.1.4. Klasy złożoności geotechnicznej 55
3.1.5. Kategorie geotechniczne 56
3.1.6. Stany graniczne i ich sprawdzenie 57
3.1.7. Projektowe okresy użytkowania konstrukcji 59
3.1.8. Zrównoważony rozwój 60
3.2. Stany graniczne nośności (ULS) 62
3.2.1. Identyfikacja 62
3.2.2. Sprawdzenie z wykorzystaniem współczynników częściowych 63
3.2.3. Wartości współczynników częściowych γF, γE i γM 64
3.2.4. Przyporządkowanie sposobów sprawdzenia i współczynniki częściowe 66
3.2.5. Praktyczne stosowanie podejść obliczeniowych MFA i EFA 72
3.2.6. Praktyczne stosowanie podejścia obliczeniowego RFA 73
3.2.7. Sprawdzenie stanów ULS z wykorzystaniem modeli numerycznych 74
3.3. Stany graniczne użytkowalności (SLS) 77
3.3.1. Identyfikacja i sprawdzenie 77
3.3.2. Kryteria użytkowalności 78
3.4. Geometria wzmocnienia podłoża kolumnami 80
3.4.1. Nasypy 80
3.4.2. Płyty, fundamenty, posadzki i nawierzchnie 82
3.4.3. Wartości obliczeniowe właściwości geometrycznych 83
3.5. Kolumny sztywne 84
3.5.1. Dobór kolumn 84
3.5.2. Projektowanie 86
3.5.3. Materiały 88
3.6. Warstwa transmisyjna 90
3.7. Zbrojenie dolne 93
3.8. Strefy przejściowe 96
3.9. Platforma robocza 98
4. Wykonawstwo 104
4.1. Platforma robocza 104
4.2. Kolumny 107
4.2.1. Technologie wykonywania 107
4.2.2. Sprzęt 119
4.2.3. Przygotowanie materiałów 121
4.2.4. Możliwe uszkodzenia kolumn i środki zaradcze 121
4.2.5. Przygotowanie głowic 131
4.3. Czapki 136
4.4. Warstwa transmisyjna 137
4.5. Układanie zbrojenia dolnego 139
4.5.1. Poziom ułożenia pierwszej warstwy zbrojenia 139
4.5.2. Zbrojenie geosyntetykami 141
4.5.3. Zbrojenie siatkami stalowymi 146
4.5.4. Zbrojenie prętami kompozytowymi 148
4.6. Inne prace budowlane 148
5. Kontrola robót 154
5.1. Platforma robocza 154
5.1.1. Przygotowanie 154
5.1.2. Grubość 155
5.1.3. Materiały 155
5.1.4. Parametry 155
5.1.5. Geosyntetyki i ich ułożenie 156
5.1.6. Próbny przejazd 157
5.2. Sprawdzenie sprzętu i materiału kolumn przed rozpoczęciem robót 157
5.2.1. Kontrola sprzętu 157
5.2.2. Kontrola materiałów 158
5.3. Kontrolowanie wykonywania kolumn 158
5.3.1. Zakres kontroli 158
5.3.2. Kolumny przemieszczeniowe formowane w gruncie 160
5.3.3. Kolumny prefabrykowane 160
5.3.4. Kolumny DSM 160
5.3.5. Kolumny iniekcyjne 167
5.3.6. Obserwacje kolumn wykonanych i platformy roboczej 167
5.3.7. Badania wytrzymałości materiału kolumn 169
5.3.8. Kontrola granic wzmocnienia podłoża 170
5.4. Kontrola powykonawcza kolumn 171
5.4.1. Parametry geometryczne kolumn 171
5.4.2. Kolumny uformowane w podłożu 172
5.4.3. Próbne obciążenia kolumn 174
5.4.4. Próbne obciążenie grupy kolumn 178
5.5. Kontrola warstwy transmisyjnej i zbrojenia dolnego 179
5.6. Monitorowanie 181
Załącznik – Pomoce projektowe 182
Z1. Wstęp 182
Z2. Obciążenia użytkowe od ruchu pojazdów 182
Z2.1. Pojazdy drogowe 182
Z2.2. Tabor kolejowy 187
Z3. Wybrane kryteria projektowe dla nasypów 189
Z3.1. Przemieszczenia dopuszczalne 189
Z3.1.1. Całkowite osiadanie pokonstrukcyjne 189
Z3.1.2. Różnica osiadania pokonstrukcyjnego 190
Z3.1.3. Przemieszczenie poziome kolumn 191
Z3.2. Wysokość nasypu i geometria układu podpór 191
Z4. Geometria komórki elementarnej 195
Z5. Podział obciążenia oraz rozciąganie zbrojenia dolnego 196
Z5.1. Schemat ogólny . 196
Z5.2. Metoda Prandtla (ASIRI, 2012) 197
Z5.3. Metoda stożków (ASIRI, 2012) 200
Z5.4. Metoda EBGEO (EBGEO, 2010) 201
Z5.5. Metoda Klobe (Klobe, 2007) 204
Z5.6. Metoda koncentrycznych sklepień łukowych CUR (CUR 226, 2016) 210
Z5.6.1. Rozwiązanie dla przyjętego modelu przesklepienia 211
Z5.6.2. Obliczenie wytężenia zbrojenia 213
Z6. Wzajemne oddziaływanie kolumn i gruntu 215
Z6.1. Model oddziaływania kolumny i gruntu 215
Z6.2. Graniczne wartości tarcia negatywnego 216
Z6.3. Funkcje transformacyjne 217
Z6.4. Metoda Krasińskiego 220
Z6.4.1. Warstwa transmisyjna/nasyp nad kolumnami 220
Z6.4.2. Fundament sztywny na kolumnach 224
Z6.5. Metoda LTM (Bohn i Vogt, 2018) 229
Z6.6. Metody numeryczne 231
Z6.6.1. Modelowanie kolumn 231
Z6.6.2. Parametry zastępcze kolumn w płaskim stanie odkształcenia 237
Z7. Nośność, odkształcenia, zbrojenie i wyboczenie kolumn 239
Z7.1. Nośność zewnętrzna 239
Z7.1.1. Nośność reprezentatywna 239
Z7.1.2. Nośność obliczeniowa 243
Z7.2. Nośność wewnętrzna 243
Z7.2.1. Zalecenia ogólne 243
Z7.2.2. Średnica kolumn wykonywanych in situ 244
Z7.2.3. Kolumny z betonu 244
Z7.2.4. Kolumny z zaprawy lub iniektu 246
Z7.2.5. Kolumny z cementogruntu 246
Z7.3. Odkształcenia sprężyste 249
Z7.4. Stateczność świeżego trzonu kolumny 250
Z7.5. Zbrojenie 252
Z7.6. Wyboczenie 254
Z8. Zbrojenie dolne 254
Z8.1. Miarodajna siła rozciągająca 254
Z8.2. Zbrojenie geosyntetykami 256
Z8.2.1. Zalecenia ogólne 256
Z8.2.2. Nośność na rozciąganie 257
Z8.2.3. Nośność na wyciąganie z gruntu 259
Z8.2.4. Zakotwienie 259
Z8.3. Zbrojenie siatkami stalowymi 260
Z8.3.1. Zalecenia ogólne 260
Z8.3.2. Nośność na rozciąganie 261
Z8.3.3. Nośność na wyciąganie z gruntu 263
Z9. Stateczność ogólna nasypów 265
Z9.1. Stopniowanie obliczeń 265
Z9.2. Obliczenia analityczne 265
Z9.3. Obliczenia numeryczne 268
Z10. Sztywność wzmocnionego podłoża 270
Przykłady obliczeniowe 272
A. Nasyp drogowy na słabym podłożu 274
A1. Dane wyjściowe i założenia 274
A2. Zakres obliczeń projektowych 276
A3. Nasyp na niewzmocnionym podłożu 279
A3.1. Model MES dla płaskiego stanu odkształcenia 279
A3.2. Przemieszczenia 280
A3.3. Stateczność ogólna 282
A4. Obliczenia dla komórki elementarnej 285
A4.1. Geometria i obciążenie 285
A4.2. Efektywność naturalnego przesklepienia (bez geosiatki) 287
A4.2.1. Metoda Prandtla (p. Z5.2) 287
A4.2.2. Metoda stożków (p. Z5.3) 289
A4.2.3. Metoda EBGEO (p. Z5.4) 289
A4.2.4. Metoda Klobe (p. Z5.5) 291
A4.2.5. Metoda koncentrycznych sklepień łukowych CUR (p. Z5.6) 293
A4.2.6. Model MES-OS bez geosiatki 295
A4.2.7. Porównanie efektywności przesklepienia 298
A4.3. Rozciąganie zbrojenia dolnego 299
A4.3.1. Parametry wytrzymałościowe geosiatki 299
A4.3.2. Model MES-OS z geosiatką 300
A4.3.3. Metoda EBGEO (p. Z5.4) 302
A4.3.4. Metoda Klobe (p. Z5.5) 302
A4.3.5. Metoda koncentrycznych sklepień łukowych CUR (p. Z5.6) 303
A4.3.6. Porównanie siły rozciągającej geosiatkę 304
A4.4. Prognoza osiadania 305
A5. Obliczenia w układzie przestrzennym 306
A5.1. Model MES-3D 306
A5.2. Analizy i kombinacje obliczeniowe 307
A5.3. Analizy dla stanu granicznego użytkowalności 309
A5.3.1. Przemieszczenia 309
A5.3.2. Przemieszczenia kolumn oraz reprezentatywne siły wewnętrzne 311
A5.3.3. Rozciąganie i przemieszczenia geosiatki 313
A5.4. Analizy dla stanu granicznego nośności 318
A5.4.1. Obliczeniowe siły wewnętrzne w kolumnach 318
A5.4.2. Obliczeniowe siły rozciągające w geosiatce 318
A6. Wymiarowanie 320
A6.1. Kolumny sztywne 320
A6.1.1. Nośność zewnętrzna 320
A6.1.2. Nośność wewnętrzna 321
A6.1.3. Zbrojenie kolumn nr 1, 2, 7 i 8 323
A6.1.4. Wyboczenie 326
A6.2. Czapki 326
A6.3. Zbrojenie dolne 328
A6.3.1. Sprawdzenie wytężenia geosiatki 328
A6.3.2. Ułożenie geosiatki przy krawędziach nasypu 329
A6.3.3. Schemat ułożenia zbrojenia dolnego 330
A7. Stateczność ogólna nasypu na wzmocnionym podłożu 332
B. Posadzka przemysłowa na podłożu wzmocnionym kolumnami DSM 333
B1. Dane wyjściowe i założenia 333
B2. Zakres obliczeń projektowych 336
B3. Podłoże bez wzmocnienia kolumnami DSM 337
B3.1. Głębokość strefy wpływu 337
B3.2. Osiadanie posadzki dla schematów obciążenia P1 i P2 338
B3.3. Osiadanie posadzki dla schematów obciążenia P3 i P4 341
B3.4. Nośność środkowej stopy fundamentowej 342
B4. Komórka elementarna posadzki 344
B4.1. Geometria i obciążenia 344
B4.2. Osiadanie posadzki i naprężenia w kolumnie DSM 345
B4.2.1. Metoda analityczna LTM (p. Z6.5) 345
B4.2.2. Model MES-OS 349
B5. Podłoże wzmocnione kolumnami DSM 351
B5.1. Model MES-3D 351
B5.2. Osiadanie i nachylenie posadzki 352
B5.3. Naprężenia w kolumnach DSM 353
B5.4. Potrzebna wytrzymałość cementogruntu na ściskanie 354
B5.5. Naprężenia rozciągające w płycie posadzki 355
B6. Projektowanie i ocena wytrzymałości cementogruntu 357
B6.1. Projektowanie cementogruntu 357
B6.2. Ocena wytrzymałości cementogruntu 359
Literatura 362