GEOTECHNIKA ZEMNÍ PRÁCE, KLASIFIKACE, ÚPRAVY ZEMIN, ZÁŘEZY, NÁSYPY, SPECIÁLNÍ ZAKLÁDÁNÍ. Ing. Vítězslav Herle

Transkript

1 GEOTECHNIKA ZEMNÍ PRÁCE, KLASIFIKACE, ÚPRAVY ZEMIN, ZÁŘEZY, NÁSYPY, SPECIÁLNÍ ZAKLÁDÁNÍ Ing. Vítězslav Herle Oprávnění k výkonu stavebního dozoru na stavbách PK. Seminář 27 března

2 Obsah prezentace Úvod (zrušené předpisy, nové předpisy) Geotechnický průzkum, odběry vzorků Klasifikace zemin a hornin, těžitelnost Podloží, úpravy a odvodnění podloží Hlubinné zakládání Stavba zářezů a násypů Druhotné materiály (popílek, struska, hlušina a další) Úprava a vyztužování zemin Gabiony Vylehčování zemních konstrukcí Sklony svahů a stabilita Přechodové oblasti mostů 2

3 ÚVOD Zrušené předpisy (od ) ČSN Základová půda pod plošnými základy ČSN Zemní práce ČSN Zemní tlaky na stavební konstrukce (část.) ČSN Klasifikace zemin pro dopravní stavby Nové předpisy (EN) ČSN EN Eurokód 7. Navrhování geotechnických konstrukcí - Část 1 : Obecná pravidla ČSN EN Eurokód 7. Navrhování geotechnických konstrukcí - Část 2 : Průzkum a zkoušení základové půdy ČSN EN Vyztužené zemní konstrukce 3

4 Nové a novelizované předpisy (ČSN, TP) ČSN EN ISO Geotechnický průzkum a zkoušení Odběry vzorků a měření podzemní vody Část 1: Zásady provádění ČSN EN Úprava zemin ČSN Návrh a provádění zemního tělesa PK ČSN Přechody mostů PK TP 93 Použití popílků a popelů v zemním tělese PK TP 94 Úprava zemin TP 97 Geosyntetika v zemním tělese PK TP 138 Užití struskového kameniva do pozemních komunikací 4

5 Nové a novelizované předpisy (TKP) TP 176 Hlušinová sypanina v tělese pozemních komunikací TP 198 Vylehčování násypů PK TP 210 Užití recyklovaných stavebních demoličních materiálů do PK TKP 4 Zemní práce TKP 16 Piloty a podzemní stěny TKP 29 Zvláštní zakládání TKP 30 Speciální zemní konstrukce 5

6 Geotechnický průzkum pro PK Není žádná česká norma ČSN zrušena Eurokód 7 (ČSN EN ,-2) obecně (3 geotechnické kategorie, geotechnické parametry, návrhové přístupy) TP 76 Geotechnický průzkum pro pozemní komunikace 6

7 Odběry vzorků ČSN EN ISO Geotechnický průzkum a zkoušení Odběry vzorků a měření podzemní vody Část 1: Zásady provádění Kategorie odběrů A, B, C Třídy odběrů, 1 až 5 A (vzorky 1 až 5 třídy), B (3 až 5), C (5) 7

8 Klasifikace zemin Geotechnický průzkum a zkoušení ČSN EN ISO Pojmenování a zatřiďování zemin. Část 1: Pojmenování a popis ČSN EN ISO Část 2: Zásady pro zatřiďování Zrnitost, meze plasticity (Atterberg), org. l. 8

9 Klasifikace hornin ČSN EN ISO Pojmenování a zatřiďování hornin. Část 1: Pojmenování a popis geneze (sedimenty, metamorfity, magamatity) strukturně-tektonická stavba (vrstevnatost, foliace, diskontinuity) zrnitost mineralogické složení (křemen, živec, jílové minerály ) pórovitost 9

10 Klasifikace zemin a hornin ČSN Návrh a provádění zemního tělesa pozemních komunikací Klasifikace ze zrušené ČSN G (W, P, M, C), S (W, P, M, C), F (C, M) dle plasticity L <35, I < 50, H <70, V <90, E > 90 Použitelnost do zemního tělesa Těžitelnost 10

11 ČSN Podmín ky použití NEPOUŽITELNÉ 1) k jakémukoli použití Nelze upravit běžnými technologiemi, použití se zpravidla vylučuje NEVHODNÉ k přímému použití bez úpravy Musí se vždy upravit 3) PODMÍNEČNĚ VHODNÉ k přímému použití bez úpravy Podle dalších vlastností se rozhodne, zda lze použít přímo bez úpravy nebo zda se musí upravit VHODNÉ k přímému použití bez úpravy Lze použít přímo bez úpravy Aktivní zóna Násyp Organické zeminy s obsahem organických látek větším než 6 % 2), bahna, rašelina, humus, ornice, CE, ME 3) ML, MI, CL, CI MH, MV, CH, CV, MH, MV, CH, CV, S-F MG, CG, MS, CS, SP, SM, SC, GP, GM, GC MG, CG, MS, CS, SP, SM, SC, GP, GM, GC, ML, MI, CL, CI SW, GW, G-F SW, GW, G-F S-F 1)Netýká se podloží násypu a svahů zářezu 2)Obsah 6 % je hranice pro středně organické zeminy dle ČSN EN ISO )Neplatí pro poddajnou vrstvu vrstevnatého násypu 11

12 Těžitelnost zemin a hornin Podle zrušené ČSN tříd těžitelnosti Podle ČSN a TKP4 3 třídy těžitelnosti 12

13 ČSN NOVÉ NORMY IV. Vykopávky Triedenie hornín čl zrušeno 7 tříd těžitelnosti pouze 3 třídy těžitelnosti: I, II a III - TKP 4 MD aktualizováno, propojeno s ČSN ČSN : Návrh a provádění zemního tělesa pozemních komunikací - nová klasifikační tabulka na základě pevností horniny a hustoty diskontinuit v horninovém masivu TŘÍDA I. Těžba je prováděna běžnými výkopovými mechanismy 13

14 ČSN NOVÉ NORMY IV. Vykopávky Triedenie hornín čl rozrývání - ČSN : Návrh a provádění zemního tělesa pozemních komunikací pouze 3 třídy těžitelnosti: I, II a III hydraulické kladivo TŘÍDA II. Pro těžbu a rozpojování horniny je nutné použít speciální rozpojovací mechanismy (rozrývače, skalní lžíce, kladiva) 14

15 ČSN NOVÉ NORMY IV. Vykopávky Triedenie hornín čl vrtání vrtů pro nálože - ČSN : Návrh a provádění zemního tělesa pozemních komunikací pouze 3 třídy těžitelnosti: I, II a III fragmentace výkopku po odstřelu TŘÍDA III. K rozpojovaní je nutné použít trhací práce PROJEKT TRHACÍCH PRACÍ SCHVALUJE OBVODNÍ BÁŇSKÝ ÚŘAD 15

16 ČSN NOVÉ NORMY IV. Vykopávky Triedenie hornín čl ČSN : Návrh a provádění zemního tělesa pozemních komunikací 16

17 Podloží, úpravy a zlepšování podloží Únosné, stabilní Neúnosná vrstva omezené mocnosti Neúnosná vrstva velké mocnosti Silně stlačitelná zemina v podloží (rašelina) Pomalu konsolidující zemina (CH, CV, CE) Prosedavé zeminy Poddolování a krasové útvary Sesuvná a nestabilní území, skládky 17

18 Upravené podloží násypu? Takto asi ne 18

19 Neúnosné podloží (malá mocnost) Výměna (náhrada vhodnějším materiálem) Úprava (mechanická, pojivy), TP 94 Odvodnění pomocí drenážních rýh nebo drenážní vrstvy (separace, filtry) Popis i v ČSN

20 Neúnosné podloží (velká mocnost) Hloubkové odvodnění (geodrény) ČSN EN Hloubkové zlepšení pojivy (deep soil mixing) ČSN EN Hloubkové zhutňování zemin vibrováním ČSN EN Vyztužení podloží (např. na rašelině) ČSN EN 14475, TP 97 Vylehčení násypu TP 198 Kombinace hloubkového a povrchového vyztužení (u přechodové oblasti) ČSN EN 14475, TP 97, ČSN EN

21 ČSN EN Provádění speciálních geotechnických prací Svislé drény 21

22 ČSN EN Provádění speciálních geotechnických prací Hloubkové zhutňování zemin vibrováním Štěrkové pilíře 22

23 23

24 ČSN EN Provádění speciálních geotechnických prací Hloubkové zlepšování zemin 24

25 25

26 Hloubkové zlepšování zemin (LCC) 26

27 Hlubinné zakládání Provádění speciálních geotechnických prací ČSN EN 1536 Vrtané piloty ČSN EN 1537 Injektované horninové kotvy ČSN EN 1538 Podzemní stěny ČSN EN Ražené piloty ČSN EN Mikropiloty ČSN EN Trysková injektáž ČSN EN Injektáže ČSN EN Hřebíkování zemin 27

28 Piloty Průměr > 300 mm až do cca 3 m piloty Průměr 300 mm mikropiloty Mikropiloty 300 mm vrtané, 150 mm ražené Max. průměr kameniva do betonu 32 mm (1/4 světlé vzdálenosti mezi pruty podélné výztuže) Doporučuje se tříděné přírodní kamenivo Min. třída betonu C30/37 (do 10 m) Min. krytí 60 mm (vrt. p. 0,6 m), 30 mm pref. p. CFA pilota vrtání průběžným šnekem 28

29 Trysková injektáž 1 fázový systém paprsek cementové suspenze 2 fázový systém paprsek cementové suspenze s podporou stlač. Vzduchu příp. vodního paprsku 3 fázový systém vodní paprsek za podpory stlač. vzduchu, odděleně směs Možno provádět v libovolném směru (např. zajišťování stropu výrubu) 29

30 Hřebíkování zemin 30

31 Odvodnění Stabilita Ztracená tloušťka oceli v důsledku koroze Celkový indexi/klasifikace krátkodobý 18 měsíců krátkodobý 1,5 to 30 let dlouhodobý 30 to 100 let 4/IV 0 2 mm 4 mm 5-8/III 0 4 mm 8 mm 9-12/II 2 mm 8 mm Plastový obal (a) 13/IV Musí být proveden plastový obal (a) a Kovový povlak se nedoporučuje pokud pro jeho použití nejsou zvláštní důvody. 31

32 32

33 Stavba násypu ČSN ČSN EN (Eurokód 7) TKP 4 Zemní práce (revize 2009) TKP 30 Speciální zemní konstrukce (revize 2009) V přípravě EN zpracovávaná v CEN/TC 396 Souvisící předpisy TP 93, TP 94, TP 95 (zrušeny), TP 97, TP 138 TP 176, TP 198, TP

34 TKP 4 ZEMNÍ PRÁCE (platnost od ) Důvody pro aktualizaci posledního vydání z r. 2005: vydání nových evropských norem, zejména Eurokódu 7 (2006) novelizace normy ČSN (únor 2010) novelizace technických podmínek TP 94 a TP 97 (2008) nové TP 138 pro použití strusky, TP 176 pro použití hlušin a TP 210 pro použití demoličních materiálů rušení stávajících norem ČSN , , , a další změny v názvosloví nové stavební materiály (LKK, EPS), též TP

35 Hlavní změny: TKP 4 čl Kamenitá a balvanitá sypanina zkouška rozpadavosti dle ČSN EN ISO dělení trhacích prací na práce malého a velkého rozsahu podle vyhlášky ČBÚ 72/89 Sb. výrub zemin a hornin z tunelů sypanina, chránit specifikace zemin v základové spáře zhutňovací zkouška při objemu > m 3 meze w pro zhutňování z křivky PS, zrušen požadavek ± 3 % od w opt pro zeminy s I p 17, - 2 % pro spraše a + 5 % pro zeminy s I p 17. Zůstal požadavek na max. 12 % vzduchových pórů ve zhutněné zemině. 35

36 TKP 4 Aktivní zóna (průkazní zkoušky) zrušen původní postup CBR dle návrhové vlhkosti CBR při 100 % PS, sycení ve vodě po dobu 96 hodin min CBR 15 % Podloží násypu a násyp (kontrolní zkoušky u staveb malého rozsahu a silnic nižších tříd ) kontrola pojezdem naloženého nákladního auta kontrola technologie provádění MCV Těžitelnost zemin a hornin. 3 třídy příloha 1 36

37 37

38 DRUHOTNÉ MATERIÁLY POPÍLEK (TP 93) STRUSKA (TP 138) DŮLNÍ ODVAL, HLUŠINA (TP 176) STUDENÝ ODVAL (?) DEMOLIČNÍ MATERIÁLY (TP 210) LISOVANÉ PNEUMATIKY 38

39 SUCHÝ POPÍLEK - DEPONIE 39

40 ODKALIŠTĚ POPÍLKU 40

41 Stavba násypu z popílku (lehkého keramického kameniva) 41

42 42

43 43

44 44

45 OBJEMOVÉ ZMĚNY POPÍLKU Křemičitý popílek (z filtrů) Vápenatý (fluidní) ložový popel 45

46 Vysokopecní struska 0/250 46

47 Hlušina 0/125, struska 0/250 47

48 TĚŽBA PROHOŘELÉ HLUŠINY 48

49 Studený odval NH 0/125 49

50 studený odval ocelářská struska 50

51 vertikální deformace (mm) PRŮBĚH VERTIKÁLNÍCH DEFORMACÍ NA D47 U OSTRAVY Vertikální deformace - levý jízdní pás, vodicí pásek u odstavného pruhu, km (bez vlivu opravných prací) 150,0 145,0 140,0 135,0 130,0 125,0 120,0 115,0 110,0 105,0 100,0 95,0 90,0 85,0 80,0 75,0 70,0 65,0 60,0 55,0 50,0 45,0 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 po 1.zbroušení po 1.opravě po 2.opravě datum 51

52 DEMOLIČNÍ MATERIÁLY PŘED ÚPRAVOU 52

53 DEMOLIČNÍ MATERIÁLY PO ÚPRAVĚ 53

54 SLISOVANÉ BALÍKY PNEUMATIK 54

55 55

56 Úprava a vyztužování zemin ČSN EN (pouze obecné zásady) ČSN Návrh a provádění zemního tělesa PK ČSN EN , -11, -12, 13, -14 Směsi stmelené hydraulickými pojivy Specifikace Část 10: Zeminy upravené cementem, - 11: vápnem, - 12: struskou, - 13: hydraulickými silničními pojivy, -14: popílkem TP 94 Úprava zemin ČSN EN Vyztužené zemní konstrukce TP 97 Geosyntetika v zemním tělese pozemních komunikací 56

57 Úprava zemin - mechanická - pojivy (vápno, cement, odprašky, hydraulická silniční pojiva, popílek, struska aj.) Úprava zpracovatelnosti (obvykle 0,5 až 3 % CaO) Stabilizace (trvalé zpevnění). Větší množství pojiva, sledovat vlhkost, ph, zhutnění. 57

58 58

59 Objemová hmotnost (kg.m -3 ) Křivka zkoušky Proctor Standard vlhkost w (%) 3% vápna 1% vápna 0% vápna 59

60 CBR (%) Závislost hodnoty CBR po saturaci (4 dny) zeminy upravené směsným pojivem (80% popílku:20% vápna) na obsahu pojiva a době zrání % pojiva 4% pojiva 6% pojiva 8% pojiva Doba zrání (dny) Modul přetvárnosti na povrchu vrstvy činil po 7 dnech Edef2=89 MPa, po 60 dnech Edef2=102 MPa. 60

61 Namrzavost Dřívější předpisy i normy uváděly, že v případě dosažení hodnoty CBR vyšší než 47% lze považovat zeminu za nenamrzavou koef.b 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 Míra namrzavosti zemin upravených vápnem (R48 Dobrá Tošanovice), dávkování vápna 2-3% doba zrání U vysoce plastických jílů třídy MH, CH a vyšších nelze předepsané kriterium vápennou úpravou vůbec dosáhnout. 61

62 Liberec (Shimizu) úprava zemin vápnem v zimě 62

63 Liberec úprava zemin vápnem v zimě Teplota před přidáním vápna Teplota 30 min po přidání vápna 63

64 Objemové změny zhutněného jílovce 64

65 Objemové změny zhutněného jílovce upraveného vápnem 65

66 - Vyztužování zemin - ČSN Návrh a provádění zemního tělesa PK - ČSN EN Vyztužené zemní konstrukce - TP 97 Geosyntetika v zemním tělese pozemních komunikací - TKP 4 Zemní práce - TKP 30 Speciální zemní konstrukce 66

67 ZÁKLADNÍ POUŽITÍ VYZTUŽENÝCH ZEMIN (podle ČSN EN Vyztužené zemní konstrukce) Stěny Mostní opěry Smíšené mostní opěry Sanace svahu Smyková plocha Vyztužené strmé svahy 67

68 Reinforcement Soft deposit Thin soft layer Firm layer Vyztužený kontakt násyp-podloží Bazální matrace Reinforcement Reinforcement Piles Potential weak zones or voids Násypy na pilotách Násypy na poddolovaných územích a v místech ohrožených propady Reinforcement Lake or sea Ice lenses Soft seabed Reinforcem ent Vyztužení proti mrazovým zdvihům Výstavba násypů ve vodě 68

69 Polymerové výztuže Geotextilie Geomříže Geopásek Geodrén 69

70 Ocelové výztuže pásky, tyče žebříky sítě 70

71 Pásková výztuž 71

72 Ocelové výztuže v kombinaci s PET geomřížemi 72

73 Jablonec - Střelnice 73

74 74

75 75

76 76

77 77

78 PET geomříže vyztužená mostní opěra 78

79 Úprava zemin vápnem + vyztužení Rekonstrukce přechodu u kamenného mostu 79

80 Vyztužený násyp u mostní opěry 80

81 Neúnosné podloží - rašelina 81

82 82

83 83

84 sedání podloží násypu (cm) Strážný - měření sedání podloží násypu v km 20, vzdálenost (m) prává strana násypu ve směru staničení

85 m n.m. Časový průběh sedání podloží násypu 812, , , , , , ,900 zahájeny práce na sypání násypu výšky 5 m výška násypu cca 4,3 m 811, , ,600 nasypány 2 m výšky, sypání přerušeno na 2 týdny měření roky a 9 měsíců po zahájení měření 811, , , čas (dny logaritmicky) 85

86 86

87 Gabiony ČSN EN Vyztužené zemní konstrukce ČSN Návrh a provádění zemní tělesa TKP 30 Speciální zemní konstrukce 87

88 Gabiony Vázané, dia. 2,7-3,0 mm Kámen: pevnost 50 MPa, nasákavost 0, 5 % (mrazuvzdornost, trvanlivost) Svařované, dia. 3,7 mm 88

89 Nevhodně napojené gabiony 89

90 Vylehčené násypy 90

91 Schéma výpočtu 8 m 3 m Měkký náplav E oed =1 MPa Skalní (nestlačitelné) podloží 91

92 Celkové sedání: zemina (ρ n =2000 kg/m 3 ) s = 0,48 m 100% popílek (ρ n =1400 kg/m 3 ) s = 0,33 m.70% Liapor (ρ n =400 kg/m 3 ) s = 0,09 m.19% polystyren (ρ n =40 kg/m 3 ) s = 0,01 m..2% 92

93 TP 198 Vylehčené násypy pozemních komunikací Obvyklé frakce: 4-8 mm objemová hmotnost < 400 kg/m mm objemová hmotnost < 300 kg/m3 93

94 Přechodová oblast mostu ČSN Vylehčená konstrukce 94

95 95

96 96

97 97

98 POROVNÁNÍ SEDÁNÍ U NÁSYPU Z BĚŽNÉ ZEMINY A LKK R6, Karlovy Vary Po dokončení 1 rok od dokončení 4 roky od dokončení cm % cm % cm % LKK 8, ,1 85,6 11,8 100 Běžná zemina 24, ,6 86,4 33, ,0 0,0-1,0-2,0-3,0-4,0-5,0-6,0-7,0-8,0-9,0-10,0-11,0-12,0-13,0-14,0-15,0-16,0-17,0-18,0-19,0 [cm] Time related consolidation of subsoil at km 3,490 highway R6, construction101, Karlovy Vary - profile KAV-3-20, time [ days ] 1,0 0,5 0,0-0,5-1,0-1,5-2,0-2,5-3,0-3,5-4,0-4,5-5,0-5,5-6,0-6,5-7,0-7,5-8,0-8,5-9,0-9,5-10,0-10,5-11,0-11,5-12,0-12,5-13,0-13,5-14,0-14,5-15,0-15,5-16,0-16,5-17,0-17,5-18,0-18,5-19,0-19,5-20,0 settlement [cm] Fill construction (m) : Fill height date 0,5-0,3 m ,5-3,0 m ,5-6,0 m ,5-7,0 m ,5-7,0 m ,5-7,0 m ,5-7,0 m + asphalt Preliminary opening Partial traffic Road opened to traffic Subsoil settlement at profile KAV-3 highway R6, construction 101, Karlovy Vary, km 3,490 settlement of subsoil in perpendicular section related to horizontal distance [m] right hand side of embankment in direction of stationing

99 Svahy a stabilita Návrh podle mezních stavů dle ČSN EN Eurokód 7 Možnost postupovat podle stupně bezpečnosti dle přílohy B, ČSN Pozor na nestabilní a sesuvná území Zlepšení stability: - úpravy tvaru zemního tělesa, - odvodnění (drenážní žebra, horizontální drény), - vyztužení, - vylehčení (popílek, LKK, EPS) - technická opatření (opěrné konstrukce, gabiony, kotvy, hřebíky, piloty apod.) 99

100 Stabilita svahů (ČSN , Příloha B, informativní) Zářez Typ zeminy jemnozrnná hrubozrnná hornina Efektivní smyková pevnost vrcholová kritická reziduální vrcholová kritická vrcholová kritická Součinitel bezpečnosti 1,5 1,15 1,1 1,2 1,15 1,3 1,15 100

101 EC7 návrhové postupy (zakládání, piloty, stabilita svahů) NP návrhový přístup Návrhový postup NP1 kombinace 1 NP1 kombinace 2 NP2 NP3 ČSN A1+ M1+R1 A2+M2+R1 A1+M1+R2 A2+M2+R3 - Odpor / stupeň stability ( R ) / 1.3 / 1.5 Redukce pevnosti ( M ) / / 1.4 F / (f-4) 2.0 Stálé zatížení ( A ) Proměnné zatížení ( A ) Redukce smykových parametrů se vztahuje k charakteristickým hodnotám 101

102 Konzervativnost x smělost návrhových přístupů konzervativní smělý ČSN NP2 NP1 komb. 2 (NP3) NP1 komb. 1 redukce + stupeň stability stupeň stability redukce pouze zvyšuje zatížení Návrhové parametry neredukované NP1 kombinace 1, NP2 102

103 Přechodové oblasti mostů ČSN Přechody mostů PK - Definice materiálů (vhodné zeminy, kamenivo, popílek, LKK, EPS, recykl. kam. - Délka přechodové oblasti max. 2H (1,5 H) - Přípustné def.: 20 mm, Δi 0,2 % (D, R, I.) B 40 mm, Δi 0,4 % (dtto) A Δi 0,8 % ostatní 103

104 Schéma přechodu - s deskou - bez desky 104

105 Přechod integrálního mostu 105

106 Děkuji za vaši pozornost 106