PL216155B1

PL216155B1 - Method to strengthen the ground surface

Info

Publication number: PL216155B1
Application number: PL395435A
Authority: PL
Inventors: Marcin Rudziewicz
Original assignee: Dyczewska Urszula Koparki Do Wynajęcia
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2014-03-31
Also published as: PL395435A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób wzmocnienia podłoża gruntu pod budowlę.The subject of the invention is a method of strengthening the subsoil for construction.

Znane są i powszechnie stosowane metody wzmacniania słabego podłoża gruntu pod budowę polegające na jego pełnej wymianie gdy wymienia się pod budowlą całkowicie warstwy gruntów słabych lub częściowej wymianie gdy wymienia się tylko górną część słabego podłoża.There are known and commonly used methods of strengthening the weak subsoil for construction, consisting in its full replacement when completely replaced under the building with the layers of weak soils or partial replacement when only the upper part of the weak subsoil is replaced.

Znany jest sposób wzmacniania słabego podłoża gruntu polegający na wykonywaniu kolumn kamiennych wykonywanych najczęściej metodą wibroflotacji za pomocą specjalnie skonstruowanego wibratora wgłębnego (wibroflota) przytwierdzonego do żerdzi lub na linie. W zależności od konstrukcji wibroflota i właściwości słabego podłoża metodą tą stosuje się do kolumn, które mają średnicę od 0,8 + 2 m. Zazwyczaj kamienne kolumny przechodzą przez warstwy słabe podłoża i opierają się na stropie warstw nośnych. Przy stosowaniu tej metody współczynnik wymiany gruntu wynosi od 0,15 + 0,30 m. Stosowanie tej metody wymaga używania specjalistycznego kosztownego sprzętu. Poza tym występuje konieczność zbudowania objazdów co znacznie podnosi koszty wykonania wzmacniania. Metoda ta jest nieopłacalna, gdy warstwy gruntów słabych są małej miąższości tj. 5 + 6 m.There is a known method of strengthening the weak subsoil, consisting in making stone columns, most often made by vibroflotation with the use of a specially constructed deep vibrator (vibroflot) attached to a pole or on a rope. Depending on the structure of the vibroflot and the characteristics of the weak substrate, this method is used for columns with a diameter of 0.8 + 2 m. Usually, stone columns pass through the layers of weak substrate and rest on the top of the load-bearing layers. When using this method, the soil replacement factor is 0.15 + 0.30 m. Using this method requires the use of specialized and expensive equipment. In addition, there is a need to build detours, which significantly increases the costs of reinforcement. This method is unprofitable when the weak soil layers are of small thickness, i.e. 5 + 6 m.

Znany jest również sposób wzmacniania słabego podłoża poprzez zastosowanie dużych kolumn w rękawie. Stosuje się tu dwie metody wykonywania takich kolumn, jedna z usuwaniem urobku, a druga metoda polega na rozpychaniu gruntu. W metodzie usuwania urobku rurę z otwartym dnem wciska się w podłoże i świdrem wybiera się z wnętrza rury urobek, a następnie do wnętrza rury wprowadza się rękaw i wypełnia piaskiem. W końcowym etapie wibracyjnie podciąga się rurę powodując zagęszczanie w grunt kolumny. Metoda ta stosowana jest do wykonywania kolumn o średnicy od 0,6 + 1,2 m. Taki sposób wzmacniania podłoża stosowany jest dla bardzo słabych podłoży o miąższości powyżej 15 m. Przy wykonywaniu kolumn kamiennych procent wymiany wynosi od 0,15 do 0,30. Ponadto występuje konieczność stosowania specjalistycznego ciężkiego sprzętu.There is also a known method of strengthening a weak substrate by using large columns in the sleeve. Two methods of making such columns are used here, one with the removal of spoil, and the other method consists in pushing the soil. In the method of removing the spoil, the pipe with an open bottom is pressed into the substrate and the drill extracts the spoil from the inside of the pipe, and then a sleeve is inserted into the pipe and filled with sand. In the final stage, the pipe is pulled up by vibration, causing the column to compact into the ground. This method is used to make columns with a diameter of 0.6 + 1.2 m. This method of strengthening the substrate is used for very weak substrates with a thickness of more than 15 m. When making stone columns, the replacement percentage is from 0.15 to 0.30 . In addition, there is a need to use specialized heavy equipment.

Istotą wynalazku jest sposób wzmocnienia podłoża gruntu polegający na wykonywaniu w słabych warstwach podłoża otworów pod kolumny metodą usuwania urobku i/lub metodą rozpychania gruntu, które zasypuje się materiałami wypełniającymi po czym zagęszcza się, charakteryzuje się tym, że do otworu o głębokości od 5 do 5,5 m i średnicy od 0,15 - 0,50 m wykonanego pod mini kolumny lub rurę ochronną wprowadza się rękaw z tkaniny syntetycznej zamknięty od dołu, w którym zasypany materiał zagęszcza się stopą wibracyjną. Po wykonaniu mini kolumn zdejmuje się wierzchnią warstwę gruntu na głębokość 0,5 m wraz z górną częścią wykonanych mini kolumn. Następnie w miejsce wybranego naturalnego gruntu zasypuje się materiał o dobrej wodoprzepuszczalności, który zagęszcza się powierzchniowo tworząc warstwę filtracyjną służącą do przenoszenia naprężeń gruntu.The essence of the invention is a method of strengthening the subsoil, consisting in making holes for columns in weak layers of the subsoil by removing the excavated material and / or by pushing the soil, which is covered with filler materials and then compacted, characterized by the fact that a hole with a depth of 5 to 5 , 5 m and a diameter of 0.15 - 0.50 m made under the mini columns or a protective tube, a synthetic fabric sleeve closed at the bottom is inserted, in which the buried material is compacted with a vibrating foot. After making the mini columns, the top layer of soil is removed to a depth of 0.5 m together with the upper part of the mini columns. Then, in place of the selected natural soil, a material with good water-permeability is buried, which is compacted on the surface, creating a filtration layer serving to transfer soil stresses.

Korzystnym jest, gdy otwór pod mini kolumny wykonuje się świdrem i od góry wkłada się rurę prowadzącą z kołnierzem opartym na wyrównanym podłożu.It is advantageous when the hole for the mini-columns is made with a drill and the guide tube is inserted from above with the flange resting on the leveled substrate.

Korzystnym jest, gdy rurę ochronną zakończoną w dolnej części gubioną zaślepką po zasypaniu materiałem wyciąga się wibracyjnie powodując zagęszczanie wypełniającego materiału, po czym podciąga się wibracyjnie rurę pozostawiając w podłożu zaślepkę, tak aby mini kolumna była na niej oparta.It is advantageous when the protective tube terminated in the lower part with a lost end cap, after being filled with material, is pulled out by vibration, causing the filling material to compact, and then the tube is vibrated up, leaving the end cap in the substrate so that the mini column rests on it.

Sposób wzmacniani słabych podłoży za pomocą mini kolumn ze względu na stosowanie lokalnych, naturalnych materiałów, minimalizację ilości robót ziemnych, stosowanie konwencjonalnego sprzętu z dodatkowym specjalistycznym osprzętem jest rozwiązaniem dobrym z ekonomicznego i ekologicznego punktu widzenia.The method of strengthening weak substrates with mini columns due to the use of local, natural materials, minimizing the amount of earthworks, using conventional equipment with additional specialized equipment is a good solution from an economic and ecological point of view.

Współczynnik wymiany gruntu przy wykonywaniu mini kolumn wynosi od 0,15 - 0,25. Zatem w warstwie wzmacnianego podłoża 15-25% gruntu słabego jest wymieniona na materiał, z którego wykonane są mini kolumny, a efekt wzmacniania jest równoważny prawie 100% wymianie.The soil exchange coefficient when making mini-columns is 0.15 - 0.25. Thus, in the reinforced subgrade layer, 15-25% of the weak soil is replaced with the material from which the mini columns are made, and the strengthening effect is equivalent to almost 100% replacement.

Sposób wzmocnienia podłoża gruntu według wynalazku odtworzony jest przykładowo na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wzmocnienie słabego podłoża za pomocą mini kolumn opartych na podłożu nośnym, fig. 2 przedstawia wzmocnienie słabego podłoża za pomocą mini kolumn zawieszonych w słabym podłożu, fig. 3 przedstawia sposób wykonywania mini kolumny prostej zagęszczanej trzpieniem, fig. 4 przedstawia sposób wykonywania mini kolumny prostej z rurą ochronną, fig. 5 przedstawia sposób wykonywania mini kolumny prostej za pomocą trzpienia, fig. 6 przedstawia sposób wykonywania mini kolumny w rękawie, fig. 7 przedstawia sposób wykonywania mini kolumny w rękawie z rurą ochronną, a fig. 8 przedstawia sposób wykonywania mini kolumny metodą rozpychania.The method of strengthening the subsoil according to the invention is reproduced, for example, in the drawing, in which Fig. 1 shows the strengthening of a weak subsoil with the help of mini columns based on a bearing subsoil, Fig. 2 shows the reinforcement of a weak subsoil with the help of mini columns suspended in a weak subsoil, Fig. 3 shows The method of making a mini straight column thickened with a mandrel, Fig. 4 shows the method of making a mini straight column with a protective tube, Fig. 5 shows a method of making a mini straight column with a mandrel, Fig. 6 shows the method of making a mini column in a sleeve, Fig. 7 shows the method making a mini column in a sleeve with a protective tube, and Fig. 8 shows the method of making a mini column by the pushing method.

Sposób wzmacniania słabego podłoża z wykorzystaniem mini kolumn 3 wykorzystywany jest zwłaszcza na terenach, gdzie warstwy gruntów słabych lub bardzo słabych 2 mają miąższość nie więkPL 216 155 B1 szą niż 5 m. Jeżeli miąższość warstw słabych 2 jest mała to mini kolumny 3 jak pokazano na fig. 1 opierają się na stropie warstwy nośnej 1. W przypadku zaś znacznej miąższości mini kolumny 3 znajdują się w warstwie słabej 2, a wzmocnieniu podlega górna część warstwy słabej 2 jak pokazano na fig. 2.The method of strengthening weak soil with the use of mini columns 3 is used especially in areas where weak or very weak soil layers 2 have a thickness not greater than 5 m. If the thickness of the weak layers 2 is small, then the mini columns 3 as shown in Fig. 1 rest on the top of the load-bearing layer 1. In the case of a significant thickness, the mini-columns 3 are in the weak layer 2, and the upper part of the weak layer 2 is reinforced as shown in Fig. 2.

Mini kolumny 3 spełniają również rolę pionowych drenów skąd woda odprowadzana jest z podłoża za pomocą warstwy filtracyjnej 4, która wykonana jest najkorzystniej z gruntu o dobrej przepuszczalności np. piasku. Warstwa filtracyjna 4 uczestniczy również w wyrównywaniu rozkładu naprężeń przekazywanych przez budowlę na podłoże. W związku z tym, że mini kolumny 3 oprócz wzmacniania słabego podłoża pracują również jako dreny pionowe dlatego wykonuje się ich setki, a nawet na obszarze przewidzianym do wzmocnienia. Mini kolumny 3 o średnicy 0,15-0,50 m wykonuje się głównie z materiałów naturalnych żwirów i pospółek o dużej przepuszczalności i dużym kącie tarcia wewnętrznego. W zależności od właściwości podłoża i charakteru budowli stosuje się mini kolumny 3 proste i mini kolumny 3 w rękawie 8, który wykonany jest z tkaniny geosyntetycznej o dużej wytrzymałości na rozrywanie. Rękaw 8 uniemożliwia promieniowe odkształcenia mini kolumny 3 po jej obciążeniu.Mini columns 3 also act as vertical drains from where water is drained from the substrate by means of a filter layer 4 which is preferably made of soil with good permeability, e.g. sand. The filter layer 4 also participates in equalizing the stress distribution transmitted by the structure to the substrate. Due to the fact that the mini columns 3, in addition to strengthening the weak ground, also work as vertical drains, therefore hundreds of them are made, and even in the area intended for strengthening. 3 mini columns with a diameter of 0.15-0.50 m are mainly made of natural materials, gravel and gravel with high permeability and a large angle of internal friction. Depending on the properties of the ground and the nature of the structure, 3 straight mini columns and 3 mini columns in the sleeve 8 are used, which is made of a geosynthetic fabric with high tear strength. The sleeve 8 prevents radial deformation of the mini column 3 after it is loaded.

Sposób wykonywania mini kolumny 3 pokazany na fig. 3 do wykonywania otworu w słabym podłożu 2 wykorzystuje świder. Następnie w wykonany otwór wkłada się rurę prowadzącą 6 z kołnierzem opartym na wyrównanym podłożu. Prowadząca rura 6 z kołnierzem stabilizuje otwór w górnej części uniemożliwiając jego deformację w czasie wypełniania. Na prowadzącą rurę 6 nakłada się zasypowy kosz 5 i wypełnia otwór materiałem tj. żwiry i pospółki o dużym współczynniku filtracji. Zagęszczenie wypełniającego materiału uzyskuje się wciskając wibracyjnie trzpień 7 o mniejszej średnicy niż średnica mini kolumny 3. Zagęszczanie można też wykonać za pomocą stopy wibracyjnej 9 jak pokazano na fig. 6. Przy wypełnianiu otworu materiałem o dużej przepuszczalności i wysokim poziomie wody gruntowej uzyskuje się zagęszczenie nawet do głębokości 5 m. Zagęszczając materiał kolumny 3 trzpieniem wciskanym 7 uzyskuje się znacząco zwiększoną średnicę mini kolumny 3. Po zagęszczeniu mini kolumny 3 zdejmuje się górną warstwę gruntu na ok. 0,5 m wraz z górną częścią wykonanych wcześniej mini kolumn 3. Miejsce wybranego gruntu naturalnego uzupełnia się materiałem o dobrej wodoprzepuszczalności i zagęszcza powierzchniowo walcami tworząc warstwę filtracyjną 4.The method of making the mini column 3 shown in Fig. 3 uses a drill bit to make a hole in the weak substrate 2. Then a guide tube 6 with the flange resting on the leveled substrate is inserted into the opening made. A guide pipe 6 with a collar stabilizes the opening in the upper part, preventing its deformation during filling. A charging hopper 5 is placed on the guide pipe 6 and the hole is filled with material, i.e. gravel and gravel with a high filtration coefficient. The compaction of the filling material is achieved by vibrating a mandrel 7 with a smaller diameter than the diameter of the mini column 3. Compaction can also be performed with a vibrating foot 9 as shown in Fig. 6. When filling the hole with material with high permeability and a high level of groundwater, compaction is achieved even to a depth of 5 m. Compacting the material of column 3 with a press pin 7, the diameter of the mini-column 3 is significantly increased. After compacting the mini-column 3, the top layer of soil is removed for approx. 0.5 m together with the upper part of the previously made mini-columns 3. Place of the selected natural soil is supplemented with a material with good water-permeability and compacted on the surface with rollers, creating a filter layer 4.

W przypadku bardzo słabego podłoża 2 wykonuje się mini kolumnę 3 wprowadzając rurę ochronną 10 jak pokazano na fig. 4, którą wciska się lub w wibrowywuje w grunt. Następnie świdrem wybiera się z ochronnej rury 10 grunt, a po wybraniu gruntu wprowadza się do ochronnej rury 10 za pomocą zasypowego kosza 5 materiał i wibracyjnie podciąga się rurę 10 do góry powodując zagęszczenie. W ostatniej fazie wykonuje się warstwę filtracyjną 4 na obszarze wzmocnionym mini kolumnami 3.In the case of a very weak substrate 2, a mini column 3 is made by inserting a protective tube 10 as shown in Fig. 4 which is pressed or vibrated into the ground. The ground is then removed from the protective pipe 10 with a drill bit, and after the soil has been removed, material is introduced into the protective pipe 10 by means of a hopper 5 and the pipe 10 is vibrated upwards to cause compaction. In the last phase, a filter layer 4 is made on the area reinforced with mini columns 3.

Mini kolumnę 3 można wykonać również za pomocą trzpienia 12, który wciska się lub w wibrowuje w słabe podłoże 2 jak pokazano na fig. 5. Po wciśnięciu trzpienia 12 na określoną głębokość wyciąga się trzpień 12, a w otwór zasypuje się materiał na mini kolumny 3 i ponownie wciska się trzpień 12.The mini column 3 can also be made with a mandrel 12, which is pressed or vibrated into a weak substrate 2 as shown in Fig. 5. After pressing the mandrel 12 to a certain depth, the mandrel 12 is pulled out, and material is poured into the hole for mini columns 3 and the pin 12 is pressed in again.

Czynność ta powtarza się wielokrotnie aż do momentu osiągnięcia pożądanej średnicy i odpowiedniej długości mini kolumny 3, a następnie na obszarze przewidzianym do wzmocnienia wykonuje się warstwę filtracyjną 4.This operation is repeated many times until the desired diameter and length of the mini column 3 are achieved, and then a filter layer 4 is made in the area intended for reinforcement.

W celu uzyskania większej nośności mini kolumn 3 wzmacnia się je rękawem 8 wykonanym z geotkaniny o wymaganej wytrzymałości.In order to obtain greater load capacity, mini-columns 3 are reinforced with a sleeve 8 made of a geotextile of the required strength.

W przypadku, gdy grunty słabego podłoża 2 są na tyle wytrzymałe, że wykonany świdrem otwór pod mini kolumny 3 zachowuje stateczność to otwór wykonuje się w sposób pokazany na fig. 6 a następnie zakłada się w górnej części otworu rurę osłonową 10 z kołnierzem i wprowadza się do otworu rękaw 8 z tkaniny syntetycznej zszyty od dołu. Na rurę prowadzącą 6 z kołnierzem montuje kosz zasypowy 5 i zasypuje otwór. Po zdemontowaniu kosza zasypowego 5, demontuje się rurę prowadzącą 6 z kołnierzem i zagęszcza stopą wibracyjną (fig. 6) o średnicy zbliżonej do średnicy mini kolumny 3.If the soils of weak ground 2 are strong enough that the hole made with a drill for mini columns 3 remains stable, the hole is made as shown in Fig. 6 and then a casing pipe 10 with a collar is inserted in the upper part of the hole and inserted to the opening, a sleeve 8 made of synthetic fabric sewn from the bottom. The charging hopper 5 is mounted on the guide pipe 6 with a collar and fills the hole. After disassembling the charging hopper 5, the flanged guide pipe 6 is disassembled and compacted with a vibrating shoe (Fig. 6) with a diameter similar to the diameter of the mini column 3.

W przypadku gruntów o bardzo słabym podłożu i słabo statecznym otworze mini kolumnę 3 wykonuje się z pomocą rury ochronnej 10.In the case of soils with a very weak substrate and a poorly stable hole, the mini column 3 is made with the help of a protective tube 10.

Po wykonaniu warstwy filtracyjnej 4 w słabe podłoże 2 wciska się lub wwibrowuje ochronną rurę 10 i za pomocą świdra wybiera się z rury 10 grunt jak pokazano na fig. 7. Do rury 10 wprowadza się rękaw 8 z tkaniny syntetycznej wywijając górną jego część na rurę 10 i obręczą dociska się do rury 10. Po założeniu kosza zasypowego 5 zasypuje się otwór wypełniając materiałem rękaw 8 mini kolumny 3. Po demontażu kosza zasypowego 5 podciąga się wibracyjnie rurę ochronną 10 co powoduje zagęszczanie materiału mini kolumny 3.After the filtration layer 4 has been prepared, the protective tube 10 is pressed or vibrated into the weak substrate 2 and the soil is removed from the tube 10 with the help of an auger as shown in Fig. 7. A synthetic fabric sleeve 8 is inserted into the tube 10, twisting its upper part over the tube 10. and the hoop is pressed against the pipe 10. After installing the charging hopper 5, fill the hole with the material to fill the sleeve 8 of the mini-column 3. After disassembling the charging hopper 5, the protective tube 10 is vibrated up, which compacts the material of the mini-column 3.

PL 216 155 B1PL 216 155 B1

Przy wykonywaniu mini kolumn 3 metodą rozpychania (fig. 8) wciska się w grunt rurę 10 zakończoną zaślepką 11, a po wprowadzeniu rękawa 8 zasypuje się otwór. Następnie podciąga się wibracyjnie rurę 10 pozostawiając w podłożu zaślepkę, tak aby mini kolumna 3 była na niej oparta.When making mini columns 3 with the pushing method (Fig. 8), the pipe 10 ending with a plug 11 is pressed into the ground, and after inserting the sleeve 8, the hole is filled. The pipe 10 is then vibrated to leave the plug in the substrate so that the mini column 3 rests on it.

Sposób wzmocnienia podłoża gruntu za pomocą mini kolumn 3 wykorzystywany jest na terenach, gdzie występują naturalne grunty do budowy mini kolumn 3 tj. piaski, żwiry i pospółki, a miąższość słabych warstw 2 podłoża w większości przypadków nie przekracza 5-6 m.The method of strengthening the ground substrate with the use of mini-columns 3 is used in areas where there are natural soils for the construction of mini-columns 3, i.e. sand, gravel and gravel, and the thickness of the weak layers 2 of the ground in most cases does not exceed 5-6 m.

Claims

Patent claims

1. A method of strengthening the subsoil consisting in making holes for columns in weak layers of the subsoil by removing the spoil and / or by pushing the soil, which is covered with filler materials and then compacted, characterized in that the hole is 5 to 5.5 deep. m with a diameter of 0.15-0.50 m made under the mini columns (3) or the protective tube (10), a sleeve (8) made of synthetic fabric, closed at the bottom, is inserted into which the buried material is compacted with a vibrating foot (9), and after making mini columns (3), the top layer of soil is removed to a depth of 0.5 m along with the upper part of the mini columns (3), and then in place of the selected natural soil, material with good water-permeability is filled in, which is compacted on the surface to form a filter layer (4) used to transfer soil stresses.

2. A method of strengthening the subsoil according to claim The method of claim 1, characterized in that the hole for the mini columns (3) is made with a drill bit and a guide tube (6) with a flange resting on a leveled substrate is inserted from above.

3. A method of strengthening the subsoil according to claim The method of claim 1, characterized in that the protective tube (10) ended in its lower part with a lost end cap (11), after being filled with material, is pulled out by vibration, causing the filling material to compact, and then the tube (10) is vibrated up, leaving the end cap (11) in the substrate, so that the mini column (3) was based on it.