Cölöpalapozások

Cölöpalapozások méretezése

A tervezés rendje, követelményei

Nyomott cölöpök tervezésének rendje a kiindulási adatok rögzítése, értékelése építmény, helyszín, talaj-talajvíz, körülmények cölöpválasztás típus, átmérő, hossz vagy darabszám közelítő méretezés a becsült teher és teherbírás összevetése a cölöpalap konstrukciójának kialakítása elrendezés, kivitelezés, felszerkezeti kapcsolat részletes statikai ellenőrzés a követelmények teljesülésének igazolása a kivitel tervek elkészítése típus, méret, vasalás, elrendezés, darabszám, készítési sorrend, lehajtáskor várható akadályok a kivitel műszaki felügyeletének előírása cölöpözési jkv, integritásvizsgálat, próbaterhelés

Cölöpök statikai követelményei valamennyi egyedi cölöp teherbírásának nagyobbnak kell lennie a rájutó tehernél a cölöpcsoport süllyedése is megengedhető legyen az egyedi cölöp süllyedése nem lehet nagyobb a megengedettnél a cölöpcsoportra jutó eredő erőt el kell bírnia a cölöpcsoportnak

A cölöpcsoport határereje az egyedi cölöpök határerejének összege lebegő cölöpöknél az MSZ szerint bizonyos (szerény mértékű) csökkentés a cölöpcsúcs síkjában feltételezhető helyettesítő síkalap határteherbírásaként szélességét a köpenysúrlódás miatt a befoglaló kontúrvonalak által kiadódónál valamelyest nagyobbra lehet venni

Cölöpcsoport R H határereje az egyedi cölöpök P hi határerejének összegzéseként A módosító tényező általában  =1,0 zárt alakzatban, szemcsés talaj- ba vert, lebegő cölöpök esetén  =1,1 vonal mentén levert cölöpökre a cölöpszámtól függően  =1,0…0,6

Cölöpcsoport határereje helyettesítő síkalapként

Az egyedi cölöpök süllyedése a csúcs alatti  2.D talajzóna kompressziójából, de a legtöbb esetben minimális (elhanyagolható), mert a lebegő cölöpöknél domináns köpenysúrlódás kb. 1 cm elmozdulással már mobilizálódik az álló cölöpök csúcsa jó teherbírású talajra támaszkodik próbaterhelési tapasztalatok szerint határerőnél 5-10 mm-nél kevesebb

Cölöpcsoport süllyedésének becslése

A cölöptervezés lényege 1.Típus- és méret választás 2.Kiosztás - tengelytávolság 3.Egyedi cölöp tervezése talajtörésre 4.Közelítő ellenőrzések

Cölöpválasztás szempontjai a helyszíni talaj- és talajvízviszonyok, beleértve a talajban előforduló ismert vagy lehetséges akadályokat is; a cölöpözéskor keletkező feszültségek; a készítendő cölöp épségének megőrzésére és ellenőrzésére szolgáló lehetőségek; a cölöpözési módszer és sorrend hatása a már elkészült cölöpökre, a szomszédos tartószerkezetekre és közművezetékekre; a cölöpözéskor megbízhatóan betartható tűréshatárok; a talajban előforduló vegyi anyagok káros hatásai; a különböző talajvizek összekapcsolódásának lehetősége; a cölöpök kezelése és szállítása; a cölöpözés hatásai a környező építményekre. a cölöpök távolsága a cölöpcsoportban; a cölöpözéssel a szomszédos szerkezetekben okozott elmozdulások vagy rezgések; az alkalmazandó verőberendezés vagy vibrátor típusa; a cölöpökben a verés által keltett dinamikus feszültségek; fúróiszappal készülő fúrt cölöpök esetében a folyadéknyomás szinten tartásának szükségessége, megakadályozandó a furat falának beomlását és a furat talpának hidraulikus talajtörését; a cölöptalp és – egyes esetekben, különösen bentonit alkalmazásakor – a palást megtisztítása a fellazult törmelék eltávolítása végett; a furatfal betonozás közbeni helyi beomlása, mely földzárványt okozhat a cölöpszárban; talaj vagy talajvíz behatolása a helyben betonozott cölöptestbe és az átáramló víz lehetséges zavaró hatásai a még nedves betonban; a cölöpöt körülvevő telítetlen homokrétegeknek a beton vizét elszívó hatása; a talajban előforduló vegyi anyagok kötésgátló hatása; a talajkiszorító cölöpök talajtömörítő hatása; a talajnak a cölöpfúrás által okozott megzavarása.

Egyedi cölöp törőerejének meghatározási módszerei statikus próbaterhelés a helyszínén, a tervezett cölöpfajtán hasonló próbaterhelések eredményeinek adaptálása számítás altalajszelvény alapján statikus szondadiagram nyírószilárdság azonosító paraméterek dinamikus próbaterhelés illesztés korrelációs összefüggés verési képlet

Statikus cölöppróbaterhelések

Próbaterhelési rendszerek

Önlehorgonyzó próbacölöppel (VUIS)

STATNAMIC

Cölöppróbaterhelés EN ISO 22477/1 talajvizsgálat nem távolabb 5,0 m-nél és legalább 5,0 m-re a talp alá osztott cölöp is, de csak Oesterberg-cella (?) minimális „tiszta” távolság a horgonycölöpöktől 3D vagy 2,5 m 10 % tartalék az ellentartásban 0,01P max és 0,01 mm mérési pontosság Belső erőeloszlás mérésére több módszert ajánl 8 lépcső közbenső tehermentesítés nélkül cölöpkészítés utáni idő: –szemcsés talaj 5 nap, –kötött talajban 3 hét fúrt, 5 hét vert cölöpre terhelés 0,25 mm/5perc, de min. 60 perc, legalább 2R c -ig sokféle görbét kell megadni: F-s, F-t, s-t, s-lgt, F-a y, F s -s, F b -s, F(z)-t, F si -s szabad korrigálni az F-s görbét hosszabb időtartamra szabad extrapolálni nagyobb süllyedésre s=D/10-nél törési állapot kúszási erő értelmezése (a y erőteljes áltozása)

A terhelőerő időbeli változása

A süllyedés időbeli alakulása

A terhelő erő és a süllyedés kapcsolata

Próbaterhelési görbe

Törőerő meghatározása hiperbolikus közelítéssel

Törőerő meghatározása extrapolációval Mazurkievicz szerint

Próba- terhelés értékelése

Cölöpellenállás számítása talajvizsgálat alapján

Cölöpteherbírásszámítás szemiempirikus módszerekkel P CS csúcsellenállás A CS keresztmetszeti terület  CS vagy q b fajlagos csúcsellenállás P K köpenysúrlódás H i · K i rétegvastagság x cölöpkerület  i vagy q si fajlagos köpenysúrlódás

q b talpellenállás q bH korlátozása –q bH < 15 MPa lehet –előterhelt, nagyon tömör, meszes homokok esetében további csöökentés  és s köralakú cölöpökre 1,0 q cI a talp alatti d crit kritikus mélységre vonatkozó átlag q cII a talp alatti d crit kritikus mélység minimuma q cIII a talp feletti 8D hossz minimuma, de legfeljebb 2 MPa d crit 4D és 0,7D közötti azon mélység, mely a legkisebb q b értéket adja q s palástellenállás q s =  s  q cH q cH korrekciója –ha egy 1,0 m-nél hosszabb szakaszon q c  15 MPa, q cH =15 MPa legyen, (ez egyben q s  120 kPa korlátozást is jelent) –ha egy 1,0 m-nél rövidebb szakaszon q c  12 MPa, q cH =12 MPa legyen, –ha a szondázás terepszintje magasabban volt, mint lesz az üzemi állapotban, s ezért a függőleges hatékony feszültség valamely mélységben  zc ’-ről  zH ’-ra csökken, akkor a figyelembe vehető szondaellenállás q cH =q cH ·(  zH ’/  zc ’) legyen

Statikus szondadiagram

Fajlagos cölöpteherbírások SPT alapján az N30 ütésszámból Poulos (Decourt) Palástellenállás (kPa) q s = A N + B N · N 30,s Talpellenállás (MPa) q b = C N · N 30;b Óvatos alkalmazást!

statikus (elméleti) képletek az EC 7 csak próbaterheléssel igazolt számítási képleteket ismer el a nemzetközi szakirodalom (Poulos, Lancelotta) teljes feszültségek analízise (c u –  u =0) –talpellenállás q b = 9 · c u · R c vert cölöp R c = (D + 0,5) / (2 · D) ≤ 1,0 fúrt cölöpR c = (D + 1,0) / (2 · D + 1,0) ≤ 1,0 –palástellenállásq s =  · c u =  c u  · c u vert cölöp:  = 0,25 / (c u /  z ’  0,5 ha (c u /  z ’  ≤ 1,0  = 0,25 / (c u /  z ’  0,25 ha (c u /  z ’  ≥ 1,0 fúrt cölöp:  = 0,21 + 0,26 · (p a / c u  hatékony feszültségek analízise (  ’ – c u =0) –talpellenállás q b = N(  ) ·  z ’· R c (H/D;  ) vert cölöp Berezancev 0,5 < R c < 0,85 és N(  =30)=33 – N(  =36)=88 fúrt cölöpq b (fúrt) / q b (vert) = 0,3 – 0,5 –palástellenállásq s = K ·  z ’ · tg  ’ vert cölöp:K = 1,0 – 2,0és  /  ’  = 0,7 – 1,0 fúrt cölöp:K · tg  ’ = K t · (1 – sin  ’) · OCR 0,5 · tg(  ’) ésK t = 0,5 – 1,0

Kötött talajok fajlagos cölöpellenállási értékei a c u drénezetlen nyírószilárdságból Talajkiszorítással készülő cölöpre Talajhelyettesítéssel készülő cölöpre KöpenysúrlódásCsúcsellenállás c u  0,06.qc qc= a stat. szonda csúcsellenállása

Szemcsés talajok fajlagos cölöpellenállása (vert cölöp)

DIN 1054 fúrt cölöpök fajlagos cölöpellenállásainak tapasztalati értékei

DIN 1054 vert cölöpök fajlagos cölöpellenállásának tapasztalatai értékei

Dinamikus próbaterhelés

Módszerek dinamikus próbaterhelés (alakváltozás- és gyorsulásmérés) modellillesztéssel (signal matching, CAPWAP) 1,35 közvetlen számítással (hullámegyenlet, CASE) 1,60 verési képlet (elmozdulásmérés) kvázi-rugalmas behatolás mérésével 1,75 kvázi-rugalmas behatolás becslésével v. elhanyagolásával1,90 Kalibrálás statikus próbaterheléssel ugyanazon cölöptípuson hasonló hosszal és keresztmetszettel hasonló talajban Az eredmény megbízhatóságát növeli kellő ütőhatás (2-10 t) elég nagy elmozdulás (10-50 mm) hosszabb erőhatás(5-100 ms) Alkalmazás terv igazolására próbaveréshez teherbírás egyenletességének igazolására

Verési képletek ( Hiley, DELMAG, Dán, Holland)  1 és  2 hatékonysági tényezők M  g  hütési energia Qverési ellenállás s r kvázi-rugalmas behatolás s m maradó behatolás

Biztonság az MSZ szerint

A P H határerőt meghatározása a P t törőerőből az MSZ szerint  1 =0,9…0,5 a törőerő meghatározási módjától függően  2 =1,0…0,9 a talajviszonyok változékonyság alapján  3 =0,9….0,5 az esetleges károsodás következményei szerint

A biztonság az Eurocode 7 szerint

Modelltényező az EC7 NM szerint NA25.2. Nem kell modelltényezőket alkalmazni (1,0 modelltényezővel szabad számolni), ha egyidejűleg teljesül, hogy –az alkalmazott eljárás kidolgozásakor a talajjellemzőket igazolhatóan olyan értékekkel vették figyelembe, melyek karakterisztikus értékeknek tekinthetők, –a tervező a talajjellemzők karakterisztikus értékeivel alkalmazza az eljárást. NA25.3. A következőkben megadott modelltényezőket kell alkalmazni, ha egyidejűleg igaz, hogy –az alkalmazott eljárás kidolgozásakor a talajjellemzőket igazolhatóan átlagértékekkel vették figyelembe, –a tervező is a talajjellemzők átlagértékeivel alkalmazza az eljárást. Az alkalmazandó modelltényezők: –statikus szondázás (CPT) csúcsellenállásából származtatott fajlagos cölöpellenállások esetében 1,05, –laboratóriumi vizsgálatokkal megállapított nyírószilárdságból származtatott fajlagos cölöpellenállások esetében 1,1, –tapasztalatai alapon felvett nyírószilárdsági paraméterek vagy azonosító és állapotjellemzők alapján megállapított fajlagos cölöpellenállások esetében 1,2. Ha az alkalmazás feltételei az előbbi két eset között vannak, akkor a tervező az előbbiekben javasolt értékek és 1,0 közötti modelltényezőket vehet számításba.

Cölöptervezési szabványok áttekintése EC 7 és EN ISO 22477/1 számítási képletek a cölöpellenállás meghatározására talajvizsgálat alapján –nincs pontosítva a vizsgálat módszere –1. rész: csak elvi szinten értelmezve és csak próbaterheléssel igazolt képletet elfogadva –2. rész: mellékletben a CPT-alapján a holland szabvány és a DIN nyomán próbaterhelés a cölöpellenállás meghatározására (vizsgálat a legrosszabb helyen) –statikus EN ISO 22477/1 szerint extrapoláció nem megengedett kisebb átmérőjű cölöpön is végezhető, ha elkülönítve mérik az ellenállás összetevőit –dinamikus EN ISO 22477/4 szerint hasonló cölöpön, hasonló talajban végzett, statikus próbaterheléssel igazolt értékeléssel különböző színvonalú értékelések a jelillesztéstől a verésig parciális tényezők a cölöpellenállás tervezési értékének meghatározására –cölöptípustól függően –talpra és palástra, illetve a teljes ellenállásra külön –1,10 és 1,25 közötti értékek korrelációs tényezők a cölöpellenállás karakterisztikus értékének meghatározására –a méretezési módszertől és a vizsgálatok számától függően –1,0 és 1,90 között modelltényező a nemzeti mellékletben –ha átlag- és nem karakterisztikus értékkel számolnak –1,1 és 1,3 között a talajszilárdság felvételétől függően

Negatív köpenysúrlódás Okai: felszíni teher, verés okozta pórusvíznyomás-többlet, fiatal feltöltések összenyomódása önsúly hatására, feltöltés roskadása, talajvízszint csökkenése, szerves talajok másodlagos összenyomódása Jellemzői: 5-10 mm süllyedés is elegendő a mobilizálódáshoz, neutrális szint függ a biztonságtól, a teherbírási összetevők arányától és mobilizáló mozgásuknak a felszínsüllyedéshez viszonyított arányától, süllyedési, nem teherbírási probléma, mert elegendően nagy mozgás után már nem lehet negatív köpenysúrlódás, a hasznos, esetleges terhek nem okoznak gondot, cölöpcsoportban a helyzet kedvezőbb Védekezési lehetőségek: előterhelés a konszolidáció kivárásával (  s/  t<1cm/hó), cölöpköpeny kikapcsolása védőcsővel, kenéssel kellően nagy biztonság a töréssel szemben felszerkezet süllyedéstűrésének növelése

Cölöpözési technológiák

A cölöpanyag hasznosulása 20 cölöpözési projekt Nápoly mellett vulkáni eredetű talajokban

Talajkiszorításos cölöpk

Talajkiszorításos cölöptípusok MSZ EN 12699

Talpszélesítés

Termékfejlesztési irányok Méretválaszték növelése D=12-60 cm, 18* *55 cm Üreges kialakítás 5-12 cm falvastagság Kónikus alak 1,5 ° kúpszög Előfeszítés 4-6 MPa Magas betonminőség C25-55 Speciális anyagok extrudált beton acélhaj vasalással, öntött vas, vasalt műanyagcső Toldás nyomatékbírásra is Energiacölöpök kW fűtés, hűtés

Toldások

Az alkalmazáshoz szükséges speciális információk Épületmaradványok, feltöltések Kövesedett talajok Agresszív talajok és talajvíz Lágy réteg egy jó réteg alatt Érzékeny szomszédos épületek Környezeti korlátozások Légvezetékek

Lejuttatás befolyásoló tényezők: altalaj, cölöpjellemzők, verési paraméterek összehasonlítható tapasztalat (saját adatbázis) próbacölöpözés dinamikai számítások (hullámegyenlet) ellenőrzés:  din,ny  0,8  b   din,h  0,9  a,f minősítő paraméter: F t / A c (törőerő / cölöpkeresztmetszet) veszélyes zónák: nyomásra: kövesedett réteg, húzásra: átmenet lágy rétegbe q c ≈30-40 MPa esetén L=10-15 m hossz és ΔV=6-8 % tömörítés lehetséges max. 0,5 m lökethossz 1 % kár elfogadható elvárt pontosság: helyzet: 0,1 m, ferdeség: 4 cm/m segítő módszerek: előverés, előfúrás, vésőzés, előrobbantás, öblítés

Fúrt cölöpök

Méretek, mérettűrések Méret –0,3 ≤ D ≤ 3,0 m –W min ≥ 0,4 m –L / W ≤ 6 –n ≥ 6 –A ≤ 10 m 2 –D talp / D ≤ 2 szemcsés t. D talp / D ≤ 3 kötött t. D törzsmax / D ≤ 2 Mérettűrések –e ≤ 0,10 m ha D ≤ 1,0 m e ≤ 0,1*D ha 1,0 ≤ D ≤ 1,5 m e ≤ 0,15 m ha D ≥ 1,5 m –i ≤ 0,02 m/m ha n ≥ 15 i ≤ 0,04 m/m ha 4 ≤ n ≤ 15

Fúrt cölöpök betonminősége Betonminőség:C20/25 – C30/37 Adalékanyag:d max ≤32 mm és betéttávolság/4 Cementtartalom:≥325 kg/m 3 (száraz betonozás) ≥375 kg/m 3 (víz alatti betonozás) Víz/cement tényező:v/c  0,6 Adalékanyag ≥400 kg/m 3 (ha d>8 mm) d  0,125 mm +cement≥450 kg/m 3 (ha d≤8 mm) Betonkonzisztencia460≤Ø≤530 (száraz betonozás) Terülési átmérő530≤Ø≤600 (szivattyú és víz alatt) 570≤Ø≤630 (betonozás zagy alatt)

Támasztófolyadék Bentonitszuszpenzió Polimerszuszpenzió Egyéb szuszpenziók (bentonit+polimer, más agyagásvány)

Vasalás –A cölöp ≤ 0,5 m 2 A vas ≥ 0,5 % A cölöp 0,5 m 2 ≤ A cölöp ≤ 1,0 m 2 A vas ≥ 0,0025 m 2 A cölöp ≥ 1,0 m 2 A vas ≥ 0,25 % A cölöp –min 4 Ø12 –min. betéttávolság 100 mm –kengyel min Ø6 ill. d hosszvas /4 –betonfedés 60 mm ha a cölöpátmérő > 60 cm 50 mm ha a cölöpátmérő ≤ 60 cm

Fúrás gyors legyen a fúrás a talp egyenletes felfekvése biztosítandó túlfúrás új műszakban végzett betonozáskor talptisztítás falvédelem: –béléscső:n≤15 esetén kötelező, víztúlnyomás, előtolás –támasztófolyadékiránycső kell, folyadékminőség, tartalék, dugattyúhatás, n≤15 esetén tilos –spirál-talajdugó:n≤10 esetén folyós homok, c u ≤15 kPa agyag esetén próbacölöp földkiemelés minimalizálása falvédelem nélkül:d≤60 cm esetén, n≤15 esetén, szilárd talaj

Acélbetét toldás:vb. szabály, kiegészítő rögzítés, ponthegesztés nem hajlítás: vb. szabály, 5 és 100 °C hőmérséklethatárok betonacélkosár:huzal, kampó, hegesztés merevítőgyűrű, elosztóvasalás, átlós merevítés távtartóközpontosság, takarás min. 3 m-ként 3 db beállítás: gyorsan, függesztve, 0,15 m pontosság, spirálnál utólag is szabad enyhe vibrálással, húzással

Betonozás Gyors kezdés a fúrás után Talp- és fúróiszap ellenőrzése (mintavétel is) Folytonos betonozás (konzisztencia és tartalék) Betonozócső - Kontraktorcső (Méret min. 6D max vagy 15 cm, tölcséres vég, sima fal, dugó) Max. D megemelés, 1,5 – 2,5 m bemerülés, lassú kiemelés Béléscső visszahúzása Belső vibrálás tilos Betonvédelem (áramló vízben, puha talajban, fagyban) Visszavésés Jegyzőkönyvezés