Cölöpalapozás

Cölöpalapozási alapismeretek

A cölöpök definiciója teherátadás a mélyebben levő talajrétegekre a cölöptalpon és a cölöppaláston függőleges méretére általában H5∙D jellemző a teherbíró réteg mélysége és a befogás szükséges hossza szabja meg építés általában valamilyen "célszerszámmal" felülről, a járósíktól lefelé

A cölöpök funkciója, rendeltetése új építmény alapozása mélyen teherbíró réteg esetén aláüregelődési veszély esetén magas talajvíz esetén a víztelenítés elkerülésére süllyedésérzékeny épület alá régi épület megerősítése épületkárosodás vagy tehernövelés esetén koncepció: teheráthárítás a mélyebb rétegekre síkalap alá, mellé vagy azt átfúrva földtámasztó szerkezet munkatérhatárolásra lejtőstabilizálásra talajjavítás céljából tömörítés talajcsere

Új épület pilléreinek alapozása cölöpökkel

Kombinált cölöp-lemez alapozás

Alapmegerősítő cölöpök

Földmegtámasztó cölöpfalak

Mélyvibrációval készülő talajjavító cölöp

Cölöptípusok mechanikai igénybevétel szerint Rh Rt Rt Epf Rs Rs Epa Rb nyomott húzott keresztirányban terhelt

A cölöp- ellenállási összetevők mobilizálódása, arányuk változása

Cölöpözési technológiák Talajhelyettesítéses talajkiemelés üregkitöltés talajlazulás  teherbíráscsökkenés lehajtáskor sem zaj, sem rezgés Talajkiszorításos cölöptest v. alul zárt cső lehajtása talajtömörítés  teherbírásnövekedés lehajtáskor zaj, rezgés

A cölöpanyag hasznosulása 20 cölöpözési projekt Nápoly mellett vulkáni eredetű talajokban

Cölöposztályozás az átmérő szerint Mikrocölöpök D=8-24 (30) cm főleg alap- megerősítésre speciális technológiákkal „Normál” méretű D=30-80 cm szokványos terhű, érzékeny épületek mindkét technológiával Nagyátmérőjű D> 80 cm nagy terhelésű, érzékeny épületek talajhelyettesítéses technológiával

A cölöpök anyaga vasbeton - leggyakoribb - készítése: helyben (az üregben) bedolgozva előregyártva (egészben v. darabokban) acél, öntött vas - idehaza ritka, bár terjedőben van - keresztmetszete: cső (egyben vagy elemekből) hengerelt profil (H-, I-szelvény) fa - régen gyakori volt, mára szinte eltűnt tájvédelmi okokból vízi építményeknél, - impregnálva szemcsés anyagok - inkább talajjavításra - kő, kavics, salak, meszes v. cementes talaj

Talajkiszorításos cölöpök

TALAJKISZORÍTÁSOS CÖLÖPÖZÉSI TECHNOLÓGIÁJA TALAJKISZORÍTÓ ELEM LEHAJTÁSI MÓD CÖLÖPTEST ELŐÁLLÍTÁSA

talajkiszorító elem előregyártott vasbeton elemek négyszögkeresztmetszetű cölöp üreges henger, kúpos cölöp, betoncsődarabok toldás fémelemek acélcső (alul zárt) öntött vas cső hengerelt profilok, zárt szelvények speciális kiszorító fúrószerszám fa

lehajtási mód verés vibrálás csavarás sajtolás

A talajkiszorításos cölöplehajtás főbb kérdései 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: Ft / Ac (törőerő / cölöpkeresztmetszet) veszélyes zónák: nyomásra: kövesedett réteg, húzásra: átmenet lágy rétegbe qc≈30-40 MPa esetén L=10-15 m hossz és ΔV=6-8 % tömörítés lehetséges max. 0,5 m lökethosszú legyen a verőberendezés 1 % kár elfogadható elvárt pontosság: helyzet: 0,1 m, ferdeség: 4 cm/m segítő módszerek: előverés, előfúrás, vésőzés, előrobbantás, öblítés

Talajkiszorításos cölöptípusok MSZ EN 12699

előre-gyártott vert vasbeton cölöp

Toldások

Előregyártott kúpalakú vasbeton cölöp

Csavart (screw) cölöp

Hidraulikus verőkalapács lánctalpas alapgépen

Verési adatok mérése és regisztrálása

Verési jegyzőkönyv

Zárható végű levibrált acélcső helyének kibetonozása

Simplex cölöp elvesző fejű acélcső helyének kibetonozása

elvesző fejű lecsavart acélcső kibetonozott helye Fundex-cölöp elvesző fejű lecsavart acélcső kibetonozott helye

Omega-cölöp

Franki-cölöp

Talajhelyettesítéses cölöpök

Talajhelyettesítéses cölöpözés technológiai feladatai földkiemelés furatállékonyság biztosítása cölöptest készítése betonbevitel betontömörítés vasalás behelyezés

FÖLDKIEMELÉS végtelenített spirálfúróval rövid spirálfúróval kanálfúróval (dobfúróval) koronával markolóval iszapolóval öblítő folyadékkal szivattyúzva

A FURATÁLLÉKONYSÁG BIZTOSÍTÁSA önmagában állékony talajban semmi bennmaradó talajdugóval fúróiszappal (bentonitos "iszappal") béléscsővel előzetes talajszilárdítással

CÖLÖPTEST KÉSZÍTÉSE BETONBEVITEL gravitációsan vagy pneumatikusan betonozó tölcséren vagy fúrószáron keresztül BETONTÖMÖRÍTÉS csömöszölés döngölővel v.csővisszaveréssel vibráció merülő vibrátorral v. csőmozgatással VASALÁSBEHELYEZÉS betonozás előtt beállítva betonba süllyesztve (vibrálva)

Méretek, mérettűrések Mérettűrések pontraállás hibája átmérő 0,3 ≤ D ≤ 3,0 m szélesség wmin ≥ 0,4 m Hossz / szélesség méretarány L / w ≤ 6 ferdeség n ≥ 6 alapfelület A ≤ 10 m2 átmérőarányok Dtalp / D ≤ 2 szemcsés talaj Dtalp / D ≤ 3 kötött talaj Dtörzsmax / D ≤ 2 Mérettűrések pontraállás hibája 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 irányeltérés i ≤ 0,02 m/m ha n ≥ 15 i ≤ 0,04 m/m ha 4 ≤ n ≤ 15

A fúrási eljárások főbb szabályai gyors legyen a fúrás a talp egyenletes felfekvése biztosítandó előtolás túlfúrás új műszakban végzett betonozáskor talptisztítás falvédelem: béléscső: n≤15 ferdeség esetén kötelező, víztúlnyomás, előtolás támasztófolyadék iránycső kell, folyadékminőség, tartalék, dugattyúhatás, n≤15 esetén tilos spirál-talajdugó: n≤10 esetén folyós homok, cu≤15 kPa agyag esetén próbacölöp földkiemelés minimalizálása falvédelem nélkül: d≤60 cm esetén, n≤15 esetén, szilárd talaj

Fúrt cölöpök betonminősége Betonminőség: C20/25 – C30/37 Adalékanyag: dmax ≤ 32 mm és betéttávolság/4 Cementtartalom: ≥ 325 kg/m3 (száraz betonozás) ≥ 375 kg/m3 (víz alatti betonozás) Víz/cement tényező: v/c  0,6 Adalékanyag ≥ 400 kg/m3 (ha d > 8 mm) d0,125 mm +cement ≥ 450 kg/m3 (ha d ≤ 8 mm) Betonkonzisztencia 460 ≤ Ø ≤ 530 (száraz betonozás) Terülési átmérő 530 ≤ Ø ≤ 600 (szivattyú és víz alatt) 570 ≤ Ø ≤630 (betonozás zagy alatt)

Fúrt cölöp készítése állékony talajban fúrás rövid spirállal szakaszos földkiemeléssel furatvédelem nélkül talptisztítás kanállal vasalás beállítása betonozás betonozócsővel Fúrt cölöp készítése állékony talajban

CFA-cölöp fúrás végtelen spirállal furatvédelem bennmaradó talajdugóval betonozás nyomás alatt a fúrószáron át a vasalás utólagos behelyezése

Fúróiszappal fúrt cölöp fúrás markoló fúróval furatvédelem bentonitos fúróiszappal vasalás behelyezése betonozás betonozócsővel

Béléscsővel fúrt cölöp fúrás markoló fúróval béléscsőves furatvédelem vasalás behelyezése betonozás betonozócsővel Béléscsővel fúrt cölöp

Talpszélesítés

Mäsi-cölöp fúrt-injektált mikrocölöp bennmaradó acélcsővel

GEWI-cölöp fúrt mikro-cölöp

Integritásvizsgálat Izotópos mérés Dinamikus vizsgálat

Cölöpalapozások tervezése

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

A cölöptervezés meghatározó elemei Típus- és méret választás Kiosztás - tengelytávolság Egyedi cölöp tervezése talajtörésre Közelítő ellenőrzések a további követelményekre

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.

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

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

A cölöpcsoport talajtörési ellenállása a cölöpcsoportot egyetlen „nagy” cölöpként vizsgálva megállapítható ellenállás a cölöpöket befoglaló palás- és talpfelületeken működő a fajlagos palást- és talpellenállást az egyedi cölöpökéhez arányosítva lehet felvenni a cölöpcsúcs síkjában feltételezhető helyettesítő síkalap talajtörési ellenállása alaprajzi méretet a köpenysúrlódás miatti feszültség-szétterjedéssel számolva a cölöpöket befoglaló kontúrvonalakból kiadódónál valamelyest nagyobbra lehet venni az egyedi cölöpök nyomási ellenállásának összege lebegő cölöpök esetében esetleg bizonyos (szerény mértékű) csökkentéssel

Az egyedi cölöpök süllyedése a csúcs alatti 2.D talajzóna kompressziójából számítható, de a legtöbb esetben minimális (elhanyagolható), mert a lebegő cölöpök esetében a domináns köpenysúrlódás 0,02∙D ≈ 10 - 20 mm elmozdulással már mobilizálódik az álló cölöpök csúcsa jó teherbírású, alig összenyomódó talajra támaszkodik próbaterhelési tapasztalatok szerint az üzemi terhelésnek megfelelő erőnél 5-15 mm

Cölöpcsoport süllyedésének becslése

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

Az egyedi cölöp teherbírásának meghatározása

Egyedi cölöp nyomási ellenállásának meghatározási módszerei statikus próbaterhelés a helyszínén, a tervezett cölöpfajtán hasonló próbaterhelések eredményeinek adaptálása számítás talajvizsgálatok (talajszelvény) alapján statikus szondadiagram nyírószilárdság azonosító paraméterek dinamikus próbaterhelés illesztés korrelációs összefüggés verési képlet

Statikus cölöppróbaterhelések

Próbaterhelési rendszerek

STATNAMIC

A terhelőerő időbeli változása

A süllyedés időbeli alakulása

A terhelő erő és a süllyedés kapcsolata

Próbaterhelési görbe

Cölöpellenállás számítása talajvizsgálat alapján

keresztmetszeti terület qb fajlagos talpellenállás Rs Palástellenállás Cölöpteherbírás számítása talajvizsgálati adatok alapján szemiempirikus módszerekkel Rb talpellenállás Ab keresztmetszeti terület qb fajlagos talpellenállás Rs Palástellenállás Hi · Ki rétegvastagság · cölöpkerület qsi fajlagos palástellenállás

Szemcsés talaj esetén qb talpellenállás ab a talpellenállás technológiai szorzója b és s köralakú cölöpökre 1,0 qcI a talp alatti dcrit kritikus mélységre vonatkozó átlag qcII a talp alatti dcrit kritikus mélység minimuma qcIII a talp feletti 8D hossz minimuma, de legfeljebb 2 MPa dcrit 4D és 0,7D közötti azon mélység, mely a legkisebb qb értéket adja qbH korlátozása qbH<15 MPa lehet előterhelt, nagyon tömör, meszes homokok esetében további csökkentés qs palástellenállás qs = s qcH ab a palástellenállás technológiai szorzója qcH korrekciója ha egy 1,0 m-nél hosszabb szakaszon qc15 MPa, akkor qcH=15 MPa legyen, (ez egyben qs 120 kPa korlátozást is jelent) ha egy 1,0 m-nél rövidebb szakaszon qc 12 MPa, qcH=12 MPa legyen, ha a szondázás terepszintje magasabban volt, mint lesz az üzemi állapotban, s ezért a függőleges hatékony feszültség valamely mélységben szc’-ről szH’-ra csökken, akkor a figyelembe vehető szondaellenállás qcH=qcH·(szH’/szc’) legyen

Statikus szondadiagram

qc= a stat. szonda csúcsellenállása Kötött talajok fajlagos cölöpellenállási értékei a cu drénezetlen nyírószilárdságból Palástellenállás Talpellenállás Talajkiszorítással készülő cölöpre Talajhelyettesítéssel készülő cölöpre cu0,06.qc qc= a stat. szonda csúcsellenállása

DIN 1054 fúrt cölöpök fajlagos cölöpellenállásainak tapasztalati értékei

DIN 1054 vert cölöpök fajlagos cölöpellenállásának tapasztalatai értékei

Tapasztalati adatok a cölöpteherbírásra

Dinamikus próbaterhelés

Dinamikus próbaterhelés Módszerek dinamikus próbaterhelés (alakváltozás- és gyorsulásmérés) korrelációs tényező 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. elhanyagolásával 1,90 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h ütési energia Q verési ellenállás sr kvázi-rugalmas behatolás sm maradó behatolás

Biztonság az MSZ 15005 szerint és az Eurocode 7 szerint

A PH határerő meghatározása a Pt törőerőből az MSZ 15005 szerint 1=0,9…0,5 a törőerő meghatározási módjától függően 2=1,0…0,9 a talajviszonyok változékonysága 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.