varovanje gradbene jame za kanalizacijo · 2017. 11. 28. · iv jernej remic: varovanje gradbene...

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA GRADBENIŠTVO, PROMETNO INŢENIRSTVO IN

ARHITEKTURO

VAROVANJE GRADBENE JAME ZA

KANALIZACIJO

Magistrsko delo

Maribor, junij 2016

I Jernej Remic: Varovanje gradbene jame za kanalizacijo

Smetanova ulica 17

2000 Maribor, Slovenija

Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM

VAROVANJE GRADBENE JAME ZA KANALIZACIJO

Študent: Jernej Remic

Študijski program: 2. stopnja, Gradbeništvo

Smer: Gradbena infrastruktura, modul geotehnika

Mentor:

Lektorica:

doc. dr. Borut Macuh, univ. dipl. inţ. grad.

Petra Cerjak, univ. dipl. rus. in slov.

Maribor, junij 2016

II Jernej Remic: Varovanje gradbene jame za kanalizacijo

III Jernej Remic: Varovanje gradbene jame za kanalizacijo

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju dr. Borutu Macuhu za

pomoč in vodenje pri opravljanju magistrskega dela

ter vsem ostalim, ki so mi v času študija nudili

pomoč in podporo.

Posebna zahvala velja staršem, ki so mi omogočili

študij in me pri tem podpirali. Zahvaljujem se tudi

vsem bliţnjim, ki so me podporali v času študija, še

posebej pa Ani.

IV Jernej Remic: Varovanje gradbene jame za kanalizacijo

VAROVANJE GRADBENE JAME ZA KANALIZACIJO

Ključne besede: geotehnika, gradbena jama, stabilnostna analiza, brizgani cementni

beton, pasivna sidra

UDK: 624.152.6(043.2)

Povzetek

V magistrski nalogi bomo prikazali načrt varovanja gradbene jame na realnem projektu za

izvedbo meteorne kanalizacije v Termoelektrarni Šoštanj.

V teoretičnem delu se bomo osredotočili na najpogostejše možne načine varovanja

gradbenih jam ter na načine odvodnjavanja oziroma nižanja talne in meteorne vode. V

praktičnem delu bomo prikazali stabilnostne ter statične analize, dimenzioniranja izbranih

podpornih elementov, pretoke in dotoke talne vode, na koncu pa bomo podali predlog

izvedbe s tehnologijo gradnje ter izdelali načrte. Za stabilnostne in statične analize bomo

uporabili več računalniških programov (Slide, Phase2, Tower7) in analitičnih metod.

Cilj naloge je, da na podlagi realnega primera prikažemo izdelavo načrta varovanja

gradbene jame, v katerega so zajeti vsi potrebni elementi za zanesljivo in varno izvedbo.

V Jernej Remic: Varovanje gradbene jame za kanalizacijo

PROTECTION OF BUILDING PIT OF SEWAGE SYSTEM

Key words: geotechnics, building pit, stability analysis, shotcrete, passive anchors

UDK: 624.152.6(043.2)

Abstract

This master thesis will show the security plan for the excavation on a real project for the

execution of drainage system in Thermal Power Plant.

The theoretical part will focus on the most common possible ways of protecting building

pits and on the drainage and lowering of ground water level and rain water. In the

practical part we will show stability and static analysis, dimensioning of selected

supporting elements, flows and inflows of ground water, and finally we will give a

proposal to the performance construction technology, and draw up plans. For stability and

static analysis, we will use several computer software (Slide, Phase2, Tower7) and

analytical methods.

Aim of the project is that based on real case the manufacture of the security plan of the

building pit, which incorporates all the necessary elements for reliable and safe execution

is shown.

VI Jernej Remic: Varovanje gradbene jame za kanalizacijo

KAZALO

1 UVOD ........................................................................................................................... 1

1.1 Opredelitev problema ............................................................................................. 1

1.2 Področje raziskav oz. naloge .................................................................................. 1

1.3 Namen in cilji magistrskega dela ............................................................................ 1

2 NAČINI VAROVANJA GRADBENIH JAM .............................................................. 3

2.1 Varovanje gradbene jame z brizganim betonom in pasivnimi sidri ....................... 3

2.1.1 Brizgani beton ................................................................................................. 3

2.1.2 SN sidra ........................................................................................................... 5

2.1.3 IBO sidra ......................................................................................................... 6

2.2 Varovanje gradbene jame z berlinsko steno ........................................................... 7

2.3 Varovanje gradbenih jam s pilotno steno in geotehničnimi sidri ........................... 9

2.3.1 Pilotna stena .................................................................................................... 9

2.3.2 Geotehnična sidra .......................................................................................... 11

2.4 Varovanje gradbenih jam z zagatnicami .............................................................. 13

2.5 Varovanje gradbenih jam z diafragmo ................................................................. 15

2.6 Varovanje gradbenih jam z injektiranjem ............................................................ 16

3 TALNA IN METEORNA VODA .............................................................................. 19

3.1 Zniţevanje vode v gradbenih jamah ..................................................................... 19

3.2 Neposredno osuševanje gradbene jame ................................................................ 19

3.3 Posredno osuševanje gradbene jame .................................................................... 20

3.4 Zatesnitev gradbene jame ..................................................................................... 21

4 GEOLOŠKO-GEOMEHANSKI PODATKI .............................................................. 22

4.1 Geološke in hidrološke značilnosti ....................................................................... 22

4.2 Izvedene terenske raziskave in sestava temeljnih tal ............................................ 23

VII Jernej Remic: Varovanje gradbene jame za kanalizacijo

4.2.1 Terenske in laboratorijske preiskave tal ........................................................ 23

4.2.2 Razporeditev slojev in mehanske lastnosti tal ............................................... 23

4.3 Opis gradbene jame .............................................................................................. 24

5 OSNOVE IN PROGRAMI ZA PROJEKTIRANJE ................................................... 26

5.1 Analiza stabilnosti breţin ..................................................................................... 26

5.1.1 Metode izračuna drsin ................................................................................... 26

5.2 Elasto-plastična analiza z MKE ............................................................................ 27

5.2.1 Softening/hardening model ........................................................................... 28

5.3 Dimenzioniranje konstrukcije iz brizganega betona in armaturnih mreţ ............. 29

5.4 Dimenzioniranje pasivnih sider ............................................................................ 30

5.5 Dimenzioniranje jeklenih podpor in talne plošče za hladilne cevovode .............. 30

5.6 Izračun hidravličnega loma tal ............................................................................. 30

6 STABILNOSTNI, STATIČNI IZRAČUNI IN DIMENZIONIRANJA ..................... 31

6.1 Analiza stabilnosti breţin gradbene jame ............................................................. 31

6.1.1 Vhodni podatki .............................................................................................. 31

6.1.2 Rezultati ........................................................................................................ 32

6.2 Stabilnostno-statični izračun breţin gradbene jame na odprtem delu .................. 32

6.2.1 Vhodni podatki .............................................................................................. 32

6.2.2 Rezultati NSK v brizganem betonu ............................................................... 34

6.2.3 Rezultati NSK v pasivnih sidrih .................................................................... 37

6.3 Stabilnostno-statični izračun breţin gradbene jame na zaprtem delu ................... 38

6.3.1 Vhodni podatki .............................................................................................. 38



6.4 Stabilnostno-statični izračun breţin gradbene jame na bočnem delu cevovodov 42

6.4.1 Vhodni podatki .............................................................................................. 42

VIII Jernej Remic: Varovanje gradbene jame za kanalizacijo



6.5 Dimenzioniranje armature v brizganem betonu ................................................... 48

6.5.1 Dimenzioniranje upogibne armature za odprti del gradbene jame ............... 48

6.5.2 Dimenzioniranje upogibne armature za zaprti del gradbene jame ................ 49

6.5.3 Dimenzioniranje striţne armature ................................................................. 50

6.6 Dimenzioniranje pasivnih sider ............................................................................ 52

6.6.1 Zunanja nosilnost sidra .................................................................................. 52

6.6.2 Notranja nosilnost sidra ................................................................................. 53

6.7 Statični izračun in dimenzioniranje jeklenih podpor ............................................ 53

6.7.1 Vhodni podatki .............................................................................................. 53

6.7.2 Rezultati ........................................................................................................ 54

6.8 Statični izračun in dimenzioniranje talne plošče .................................................. 59

6.8.1 Vhodni podatki .............................................................................................. 59

6.8.2 Rezultati ........................................................................................................ 59

6.9 Izračun pretoka talne vode, hidravličnega loma tal in strujanja ........................... 61

6.9.1 Vhodni podatki .............................................................................................. 61

6.9.2 Odprti del gradbene jame .............................................................................. 61

6.9.3 Zaprti del gradbene jame s talno ploščo ........................................................ 65

6.9.4 Sklep .............................................................................................................. 66

7 PREDLOG IZVEDBE ................................................................................................ 69

7.1 Zemeljska dela, izkopi in nasipi ........................................................................... 69

7.1.1 Kategorije izkopov ........................................................................................ 69

7.1.2 Izkopi – splošno ............................................................................................ 69

7.1.3 Izkopi v odprtem delu gradbene jame ........................................................... 69

7.1.4 Izkopi v zaprtem delu gradbene jame ........................................................... 70

IX Jernej Remic: Varovanje gradbene jame za kanalizacijo

7.1.5 Nasipi ............................................................................................................ 71

7.2 Odvodnjavanje ...................................................................................................... 71

7.2.1 Odvodnjavanje med izkopavanjem ............................................................... 71

7.2.2 Odvodnjavanje po končanem izkopavanju ................................................... 71

7.3 Izvedba brizganega cementnega betona in armaturnih mreţ ................................ 72

7.4 Izvedba pasivnih sider .......................................................................................... 74

7.4.1 Izvedba pasivnih sider v odprtem delu gradbene jame ................................. 74

7.4.2 Izvedba pasivnih sider v zaprtem delu gradbene jame .................................. 75

7.5 Izvedba talne plošče in jeklenih podpor ............................................................... 75

7.5.1 Splošno .......................................................................................................... 75

7.5.2 Talna plošča ................................................................................................... 76

7.5.3 Jeklene podpore ............................................................................................. 76

7.6 Terminsko zaporedje izvajanja del ....................................................................... 77

8 ZAKLJUČEK .............................................................................................................. 79

9 VIRI IN LITERATURA ............................................................................................. 80

10 PRILOGE .................................................................................................................... 82

10.1 Seznam slik ....................................................................................................... 82

10.2 Seznam preglednic ............................................................................................ 85

10.3 Naslov študenta ................................................................................................. 85

10.4 Kratek ţivljenjepis ............................................................................................ 86

10.5 Izjava o avtorstvu .............................................................................................. 86

X Jernej Remic: Varovanje gradbene jame za kanalizacijo

UPORABLJENI SIMBOLI

a - koeficient utrjevanja

A - površina prereza

Av - površina prečnega prereza

As,min - najmanjša potrebna armatura v prerezu

As,max - največja potrebna armatura v prerezu

b - širina prereza

bw - najmanjša širina prereza v območju nategov

c - kohezija

CRd,c - reducirana natezna trdnost betona

d - debelina sloja zemljine

d - premer cevovoda

d - premer sidra oziroma vrtine

d - statična višina prereza

E - modul elastičnosti

E0 - modul elastičnosti pri referenčni napetosti

E50 - deformacijski modul pri 50-% trdnosti kamnine

Ed - projektna vrednost učinka vpliva

Eoed - edometrski modul stisljivosti

Eur - deformacijski modul pri razbremenjevanju in ponovnem obremenjevanju

fck - karakteristična tlačna trdnost betona

fy - nominalna vrednost napetosti tečenja

g - stalna obteţba

XI Jernej Remic: Varovanje gradbene jame za kanalizacijo

Gk - karakteristična vrednost stalnega vpliva

G´stb;d - potopljena teţa zemljine ali objekta, ki povečuje stabilnost

h - višina prereza

i - hidravlični padec

I - vztrajnostni moment

k - koeficient višine prereza

k - koeficient vodoprepustnosti

k1 - konstanta

lv - vezni del sidra

m - eksponent, ki določa stopnjo modula elastičnosti od napetosti

MEd - računski projektni upogibni moment za dimenzioniranje

Mpl,Rd - odpornost prereza na upogibni moment

NEd - računska projektna osna sila za dimenzioniranje

Npl,Rd - odpornost prereza na osno silo

pref - referenčna napetost

Pd - projektna sila za dimenzioniranje

q - spremenljiva obteţba

Qk - karakteristična vrednost spremenljivega vpliva

Ra,d - projektna sila adhezijskega odpora

Ra,k - karakteristična sila adhezijskega odpora

Rt,d - sila plastičnosti sidra

Sdst;d - projektna vrednost strujne sile, ki zmanjšuje stabilnost

u - porni tlak v tleh

udst;d - projektna vrednost tlaka porne vode, ki zmanjšuje stabilnost

Ved - računska projektna striţna sila za dimenzioniranje

XII Jernej Remic: Varovanje gradbene jame za kanalizacijo

Vpl,Rd - odpornost prereza na striţno silo

VRd,c - računska striţna odpornost betonskega elementa brez striţne armature

Wpl - plastični odpornostni moment prečnega prereza

α - eksponent, ki določa stopnjo modula elastičnosti od napetosti

γ - prostorninska teţa

γ΄ - potopljena prostorninska teţa

γa,t - delni faktorji odpornosti za začasna sidra

γG - delni faktor za stalni vpliv

γG,dst - delni faktor za neugodne stalne vplive, ki zmanjšujejo stabilnost

γG,stb - delni faktor za ugodne stalne vplive, ki povečujejo stabilnost

γM0 - delni faktorji odpornosti

γQ - delni faktor za spremenljivi vpliv

γw - prostorninska teţa vode

κ - uklonski koeficient

- Poissonov količnik

νmin - vplivni koeficient trdnostnega razreda betona

ρ1 - deleţ ustrezno zasidrane vzdolţne armature

σcp - napetost zaradi tlačne osne sile

σstb;d - totalna navpična napetost, ki povečuje stabilnost

τm - porušna adhezijska trdnost zemljine

Φ - striţni kot

ψ - kot razmikanja, dilatacijski kot

XIII Jernej Remic: Varovanje gradbene jame za kanalizacijo

UPORABLJENE KRATICE

AB - armiran beton

MKE - metoda končnih elementov

MSN - mejno stanje nosilnosti

MSU - mejno stanje uporabnosti

NSK - notranje statične količine

SPT - standardni penetracijski preizkus

1 Jernej Remic: Varovanje gradbene jame za kanalizacijo

1 UVOD

1.1 Opredelitev problema

Gradbena jama je prostor, v katerem se izdeluje podzemni del objekta. Ker je v današnjem

času v urbanem okolju, predvsem pa v mestnih središčih, vse manj prostora, so podzemni

objekti pogosta rešitev za pridobivanje dodatnega prostora tako pri poslovnih,

stanovanjskih kot tudi infrastrukturnih objektih. V primeru raznih cevovodov, kot so

kanalizacije, vodovodi, plinovodi, toplovodi itd., pa je izvedba pod nivojem terena klasična

izbira.

Prostor gradbene jame mora biti zanesljivo izdelan in varen za delo oseb in strojev, ki se

nahajajo v njej. Situacija je bolj zapletena, če se gradbena jama nahaja v urbanem območju

in je obkroţena z zgradbami ali stalnim prometom okoli nje. Varovanje gradbene jame je

resna inţenirska naloga, ki jo je potrebno načrtovati zanesljivo, varno, izvedljivo in

ekonomično. Izbira primerne rešitve je odvisna od vrste gradbenega objekta, karakteristik

tal in terena, prisotnosti podzemne vode v tleh, bliţnjih obstoječih stavb, infrastrukture in

drugih dejavnikov.

1.2 Področje raziskav oz. naloge

Področje raziskav oziroma naloge se nanaša na območje Termoelektrarne Šoštanj,

natančneje na del projekta TEŠ 6. Ker se na območju termoelektrarne gradijo novi objekti,

je potrebno posodobiti tudi infrastrukturo. V našem primeru obravnavamo novo meteorno

kanalizacijo, pri kateri je potrebno izvesti ustrezno varovanje gradbene jame.

1.3 Namen in cilji magistrskega dela

Namen magistrskega dela je prikazati ustrezen načrt varovanja gradbene jame na primeru

gradnje meteorne kanalizacije. V ta namen bomo najprej predstavili najpogostejše načine

varovanja gradbenih jam ter moţnosti odvodnjavanja, v praktičnem delu pa bomo izdelali


načrt varovanja gradbene jame z brizganim cementnim betonom ter pasivnimi sidri, v

katerega so zajeti vsi potrebni elementi za učinkovito in varno izvedbo.

Cilj magistrske naloge je, da bo gradbena jama skozi celoten čas gradnje zagotavljala

zanesljivo, varno in suho gradbišče.

Za varovanje gradbenih jam uporabljamo različne vrste konstrukcij, katerih izbira je

odvisna od več dejavnikov, kot so: vrsta zemeljskega materiala v temeljnih tleh, nivo talne

vode, globina gradbene jame, okoliška infrastruktura, razpoloţljive finance, tehnologija

izvedbe ipd.

Nekaj načinov varovanja gradbenih jam je opisanih v nadaljevanju.


2 NAČINI VAROVANJA GRADBENIH JAM

2.1 Varovanje gradbene jame z brizganim betonom in pasivnimi sidri

Brizgani beton v geotehniki največkrat uporabljamo za varovanje gradbenih jam, utrditev

breţin, usekov ali nasipov, erozijske zaščite breţin, predore ipd.

V kombinaciji z brizganim betonom največkrat uporabljamo tako imenovana pasivna sidra

– SN ali IBO sidra. Za pasivna sidra je značilno, da po vgradnji ne prevzamejo takojšnje

obteţbe. Obteţba se na pasivna sidra prenese šele po premiku sidranega objekta, tedaj

pravimo, da se sidro aktivira. Tako je za konstrukcije, ki so izvedene z brizganim betonom

in pasivnimi sidri, značilno, da je majhen premik objekta z zaledjem dovoljen.

Pri izvedbi z brizganim betonom in pasivnimi sidri je pomembno, da se gradbena jama

poglablja sočasno z varovanjem ostenja gradbene jame.

2.1.1 Brizgani beton

Brizgani beton je mešanica cementa, agregata in vode, ki jo s pomočjo stisnjenega zraka

brizgamo skozi šobo na določeno mesto, tako da nastane zgoščena homogena plast. V

različnih kombinacijah lahko vsebuje tudi dodatke ali vlakna. Pri brizganju betona nastane

sorazmerno veliki odpad, ki pa ga lahko zmanjšamo z raznimi dodatki – pospešili.

Poznamo dva uveljavljena načina brizganja betona: mokri in suhi postopek. [22]

Mokri postopek:

Cement, agregat, voda in dodatki se lahko predhodno dozirajo in zmešajo ţe v betonarni.

Mokra mešanica se polni v stroj za brizganje, ki jo s pomočjo batne črpalke potisne po cevi

v šobo, v katero se doda pospešilo strjevanja, nanjo pa se priključi močno stisnjeni zrak.

Stisnjeni zrak mokro mešanico brizga na mesto nanašanja in jo tam tudi zgosti. [20]

Mokri postopek je smiseln predvsem tam, kjer moramo vgraditi večje količine brizganega

betona, saj je odpadni material manjši za skoraj 50 % kot pri suhem postopku, če je

oteţeno prezračevanje delovnega mesta ter v primeru dostopa teţje gradbene mehanizacije.

[20]

Prav tako je pri mokrem postopku laţje zagotoviti enako in zahtevano kvaliteto betona.


Suhi postopek:

Cement, agregat in dodatki se lahko predhodno dozirajo in zmešajo ţe v betonarni. Suha

ali vlaţna zmes se polni v stroj za brizganje, ki jo z visokim pritiskom potisne skozi cev in

šobo, v kateri se ji doda predvidena količina vode s pospešilom strjevanja, na mesto

nanašanja z neprekinjenim curkom. [25]

Suhi postopek je primeren za manjša dela s prekinitvami, v primeru oteţenega dostopa ter

velike transportne razdalje od stroja za brizganje do šobe. [25]

Izvajanje:

Brizgani cementni beton lahko nanašamo na zemljino, hribino, drenaţni material,

obstoječe konstrukcije, opaţe, brizgani beton, armaturne mreţe idr. Pri vgradnji sta

pomembni razdalja in smer brizganja. Odmik šobe moramo prilagoditi in optimizirati glede

na hitrost transporta in brizganja. V odvisnosti od količine zraka priporočamo brizganje z

razdalje od 0.5 m do 2.0 m. Kot brizganja mora biti pravokotne smeri na površino nanosa.

S pravilnim postopkom lahko odpadni material bistveno zmanjšamo. Z brizganjem

moramo začeti na najniţji točki in nadaljevati proti vrhu, da se ne brizga na odpadlo

mešanico betona. V primeru, da nanašamo večje debeline betona, je potreben večkratni

nanos po cca. 5 cm, med katerimi pa je potrebno počakati najmanj 2 uri in največ 72 ur, da

predhodni nanos doseţe ustrezno trdnost in pri nanašanju naslednjega ne odpada s

površine. [25]

Ker se pri izvajanju varovanja z brizganim betonom največkrat uporabljajo tudi armaturne

mreţe, je potrebno paziti na njihovo prekrivanje. Prav tako je potrebno posvetiti pozornost

zadostnemu zaščitnemu sloju armature, še posebej, če gre za trajnejšo konstrukcijo. V

primeru vertikalnih izkopov pa je potrebno armaturne mreţe ustrezno fiksirati s kratkimi

pritrdilnimi sidri.


Slika 2.1: Brizgani cementni beton s pasivnimi sidri [lastni vir]

2.1.2 SN sidra

SN sidra so pasivna sidra, izdelana iz rebrastih jeklenih palic; eden izmed koncev palic

mora imeti ustrezen navoj, na katerega se pritrdi sidrno ploščico in matico. Sidro je

povezano s hribino/zemljino z injektirno maso.

Izvajanje:

Najprej izvedemo vrtino ustrezne dolţine in premera, običajno nagnjeno navzdol za 15–

25°. Pri manjših naklonih obstajajo teţave z vgradnjo in injektiranjem, pri večjih naklonih

pa je horizontalna komponenta sidra manjša.

Nato vrtino po potrebi očistimo in zapolnimo z injektirno maso (cementna malta). Pri tem

moramo biti še posebej pozorni, saj mora biti sidro povsem obdano z injektirno maso. Ko

je sidrna vrtina polna veziva, nosilni del sidra (jeklena palica) potisnemo v vrtino. Po

določenem času nato matice sider privijemo s pomočjo kalibriranega momentnega ključa.


Slika 2.2: SN sidro [5]

2.1.3 IBO sidra

IBO sidra ali injektirna samouvrtana sidra predstavljajo kombiniran sistem vrtanja in

sidranja. Sidro je sestavljeno iz nosilnega dela, ki je istočasno tudi vrtalni drog. Med

vrtanjem sidrne vrtine se zato sidro uporabi kot vrtalni drog s pritrjeno vrtalno krono. Drog

in krona ostaneta v vrtini kot nosilni del sidra in omogočata vtiskanje injektirne mase skozi

odprtino za izpiranje. Tudi če pride do delne porušitve stene vrtin, ta sistem še zmeraj

omogoča kvalitetno vgradnjo sider.

Sidra lahko uporabljamo za različne namene in geologije zemljine, vrtanje in injektiranje

lahko zdruţimo v en postopek; ni potrebno predhodno izdelati vrtin, lahko jih poljubno

podaljšujemo s spojkami in posledično potrebujemo minimalen prostor za vgradnjo, prav

tako pa je na voljo širok izbor nosilnosti ter moţnost izvedbe dodatne korozijske zaščite.

Izvajanje:

IBO sidro vgrajujemo z uvrtanjem vrtalnega droga v hribino/zemljino, pri čemer vrtalni

drog po končanem uvrtanju ne odstranimo iz vrtine, saj ta ostane v njej kot nosilni del

sidra. Sidro je običajno nagnjeno navzdol za 15–25°. Pri manjših naklonih obstajajo teţave

z vgradnjo in injektiranjem, pri večjih naklonih pa je horizontalna komponenta sidra

manjša.

Takoj po uvrtanju IBO sidro zainjektiramo z injektirno maso skozi izplakovalno odprtino.

Mešanico injektirne mase, injektirni pritisk in količino mora določiti izvajalec v skladu s


hribinskimi/zemljinskimi pogoji, odobriti pa jih mora inţenir. Po določenem času nato

matice sider privijemo s pomočjo kalibriranega momentnega ključa.

Slika 2.3: IBO sidro [5]

2.2 Varovanje gradbene jame z berlinsko steno

Berlinsko steno v geotehniki uporabljamo skoraj izključno za varovanje gradbenih jam.

Takšen način varovanja gradbenih jam se je uveljavil predvsem v Nemčiji. V Sloveniji je

bila berlinska stena prvič uporabljena ob gradnji kleti za poslovno stavbo Metalke leta

1963. [2]

Izvedba je razmeroma poceni, saj lahko jeklene profile in lesene plohe, ki so sestavni del

berlinske stene, uporabimo večkrat. Izkop gradbene jame je razmeroma počasen, saj

zahteva zalaganje ter zagozdenje lesenih plohov med jeklene profile precej ročnega dela.

Namesto lesenih plohov lahko kot polnilo uporabimo tudi betonske ali armiranobetonske

plošče.

Izvajanje:

Najprej v zemljino izvrtamo vrtine ustreznega premera, ki jih po potrebi tudi cevimo.

Vrtine cevimo v primeru, kadar se v tleh nahajajo slabši materiali in lahko pride do večje

porušitve vrtin. Nato v predhodno izvedene vrtine vgradimo jeklene I ali H profile na

razdaljah, kakršne so potrebne na podlagi geostatičnih izračunov. Jeklene profile lahko po

potrebi tudi zalijemo z betonom. Priporočene medsebojne razdalje znašajo od 1 do 3 m. Po

vgradnji jeklenih profilov začnemo z izkopavanjem zemljine in zalaganjem lesenih plohov

za jeklene profile. Izkope izvajamo po kampadah. Jeklene profile lahko tudi sidramo s

pasivnimi ali geotehničnimi sidri v stabilno zaledje. Ta način uporabljamo predvsem v


primeru večjih globin gradbene jame. V primeru »oţjih« gradbenih jam, kot so gradbene

jame za kanalizacije, vodovode, plinovode itd., lahko za razpiranje uporabimo jeklene

razpore. Za prenašanje obteţb (lokalno večji zemeljski pritisk, popuščanje jeklenega

profila, popuščanje sidra) na sosednje jeklene profile in v primeru poškodb nosilnih

elementov berlinske stene lahko te na vrhu poveţemo z vezno armiranobetonsko gredo.

Slika 2.4: Berlinska stena [24]

Slika 2.5: Prerez berlinske stene [10]


2.3 Varovanje gradbenih jam s pilotno steno in geotehničnimi sidri

Pilotne stene v geotehniki največkrat uporabljamo za podporne konstrukcije, kot so zaščite

globokih gradbenih jam, sanacije plazov, stabilizacijo pobočij. V kombinaciji s pilotnimi

stenami, predvsem pri večjih globinah/višinah, uporabljamo tudi geotehnična sidra. Z

uporabo geotehničnih sider lahko dodatno povečamo nosilnost takšnih podpornih

konstrukcij.

2.3.1 Pilotna stena

Pilotna stena je vitka podporna konstrukcija (debelina je bistveno manjša od dolţine), za

katero je značilno, da obteţbo zalednih zemljin in ostalih obremenitev s svojo upogibno

togostjo prenaša v temeljna tla, kamor je tudi vpeta. Običajno je sestavljena iz

armiranobetonskih pilotov okroglega prereza, narejenih na mestu samem. Piloti so lahko

premera od 10 cm pa vse do 150 cm in več. Pilote, premera 10–30 cm, imenujemo tudi

mikro piloti. [13]

Piloti so lahko nameščeni drug ob drugem ali pa so razmaknjeni. Razdalje med osmi

pilotov morajo biti manjše ali enake 3-kratnemu premeru pilota (3·d), da takšno

konstrukcijo še lahko upoštevamo kot steno (2D-analiza). [6] Vmesni prostor lahko ostane

po izkopu nezapolnjen, lahko pa ga zapolnimo npr. z brizganim betonom.

Za enakomerno prenašanje obteţb in deformacij na celotno pilotno steno jo na vrhu

poveţemo z vezno armiranobetonsko gredo.

Vezna AB greda mora imeti takšne dimenzije in togost, da prevzame posledice morebitnih

poškodb nosilnih elementov pilotne stene (lokalno večji zemeljski pritisk, popuščanje

pilota, popuščanje sidra) in prenese obteţbo na sosednje pilote oz. sidra. Posebno

pozornost na vezni gredi je potrebno posvetiti namestitvi sidrnih glav geotehničnih sider,

če je pilotna stena sidrana. [6]

Izvajanje uvrtanih pilotov:

Uvrtani piloti so najpogosteje izvajani piloti v Sloveniji, predvsem zaradi njihove

univerzalne uporabnosti v različnih geotehničnih razmerah.

Pilote lahko izvajamo na več načinov, odvisno od tehnologije izvedbe. Najbolj znane

tehnologije so: Benotto, CFA, Kelly drogovje, dvojni rotacijski pogon.


V nadaljevanju bomo prikazali osnovni princip izvajanja.

Najprej v zemljino izvrtamo vrtine ustreznega premera, ki jih po potrebi tudi cevimo.

Vrtine cevimo v primeru, kadar se v tleh nahajajo slabši materiali in lahko pride do večje

porušitve vrtin. Nato v predhodno izvedene vrtine vstavimo armaturne koše in jih zalijemo

z betonom ali obratno. Betoniranje se izvaja skozi kontraktorsko cev pod gladino sveţega

betona, da ne pride do segregacije betona. Izvedene AB pilote nato na vrhu poveţemo z

vezno AB gredo. Po končani izdelavi pilotne stene začnemo z izkopavanjem zemljine in po

potrebi zapolnjevanjem vmesnega prostora npr. z brizganim betonom. Izkope izvajamo po

kampadah.

Pilotno steno lahko tudi sidramo z geotehničnimi sidri v stabilno zaledje. Ta način

uporabljamo predvsem v primeru večjih globin gradbene jame. Pilotna stena je lahko

enkrat ali pa večkrat sidrana, odvisno od geostatičnih izračunov.

Na izvedenih pilotih se, za dokazovanje zadostne izvedbe in nosilnosti, izvede test

zveznosti pilotov. Pilote, ki jih je potrebno testirati, izbere nadzor.

Slika 2.6: Pilotna stena, vezna greda, geotehnična sidra [16]


2.3.2 Geotehnična sidra

Geotehnična sidra največkrat uporabljamo za podporne konstrukcije, stabilizacijo pobočij,

zaščito pred dvigom tal zaradi vzgona ipd.

Ker je horizontalno obremenjene konstrukcije potrebno horizontalno podpirati, razpore pa

pri tem ovirajo delo v gradbeni jami, za trajno rabo pa tudi vizualno niso primerne, lahko v

takih primerih uporabimo geotehnična sidra.

Osnovni elementi geotehničnega sidra so:

- vezni del,

- prosti del,

- sidrna glava.

Glavni nosilni element sidra je natezna vez, ki jo predstavljajo jeklene palice ali jeklene

vrvi. Natezna vez prenaša obteţbo s konstrukcije oziroma sidrne glave na vezni del sidra.

Dolţina veznega dela sidra je odvisna od zahtevane nosilnosti sidra, premera vrtine in

lastnosti temeljnih tal ter injekcijske mase. V splošnem velja, da vezna dolţina sidra ne

sme biti manjša od 3 m in ne večja od 10 m. Prosti del sidra naj bi bil dolg vsaj 5 m. Mejne

nosilnosti sider so običajno v razponu od 400 do 1800 kN. Večje vrednosti doseţemo s

sidranjem v gramozih in peskih ter trdnih kamninah, niţje pa v koherentnih zemljinah. [17]

Sidra delimo na začasna (varovanje gradbenih jam) in trajna. Trajna sidra so vsa sidra, ki

imajo svojo funkcijo več kot dve leti. Začasna sidra dimenzioniramo z nekoliko niţjimi

količniki varnosti, trajna pa z višjimi. Pri trajnih sidrih je pomembna zanesljiva

protikorozijska zaščita. V ta namen sidra vgrajujemo v plastične cevi, vsako sidro posebej

pa po vgradnji preverimo glede na električno upornost med glavo sidra in zemljino.

Izmerjena upornost mora biti dovolj velika, da prepreči električni tok med sidrom in

okolico. [17]

Izvajanje:

Najprej izvedemo vrtino ustrezne dolţine in premera, ki jo po potrebi zacevimo ali

očistimo. Dolţina sider mora omogočati vrtanje z normalnim drogovjem, premer vrtine pa

znaša cca. 130 mm oziroma je odvisen od kakovosti hribine. Sidra namestimo v

pripravljeno vrtino, običajno nagnjeno navzdol za 15–25 °. Pri manjših naklonih obstajajo


teţave z vgradnjo in injektiranjem, pri večjih naklonih pa sidrna sila pomembno prispeva k

osni sili v podporni konstrukciji, horizontalna komponenta pa je manjša. [17]

Po vstavitvi sidra v vrtino sledi injektiranje notranjosti zaščitnega ovoja sidra, ki se

neprekinjeno izvaja od najniţje spodnje točke navzgor do popolne zapolnjenosti notranjosti

sidra. Sledi injektiranje zunanjega dela sidra, to je območje med zaščitnim ovojem sidra in

steno vrtine.

Sidro se injektira najkasneje 12 ur po končanem vrtanju. Vodocementni faktor (v/c)

cementne mase za injektiranje znaša od 0.36 do 0.44. Po potrebi se izvede tudi

poinjektiranje, s čimer povečamo nosilnost veznega dela sidra. Vodocementni faktor (v/c)

cementne mase za poinjektiranje znaša 0.50. [18]

Po določenem času sledi prednapenjanje sider (tristopenjski celoviti preizkus nosilnosti na

vsaj 10 % vgrajenih sider in enostopenjski enostavni preizkus napenjanja na vsakem sidru)

in zaklinjanje. Še pred začetkom vgrajevanja sider pa je potrebno na posebej vgrajenih

preizkusnih sidrih izvesti 6–10-stopenjske preiskave sider do porušitve. Po zaklinjanju se

sidrna glava ustrezno zaščiti s protikorozijsko zaščito, ustreznost pa se preveri s

preizkusom z električno upornostjo med glavo sidra in zemljino. [17]

Slika 2.7: Izvajanje geotehničnih sider [15]


2.4 Varovanje gradbenih jam z zagatnicami

Zagatnice v geotehniki uporabljamo skoraj izključno za varovanje gradbenih jam. Takšen

način varovanja je primeren predvsem v zemljinah (prodi, peski, melji, gline, ilovice itd.),

v katere je mogoče vtisniti, zabiti ali uvibrirati zagatnice, ni pa primeren na območjih, kjer

se v tleh nahajajo trdne, skalnate ali zbite plasti, saj jih z zagatnicami ni mogoče prebiti. V

tem primeru sicer lahko izvedemo predvrtavanje, zamenjavo izvrtanega sloja ali

razruševanje kamnine, vendar pa je za to ţe potrebna posebna mehanizacija, ki posledično

tudi poviša ceno izvedbe. Zagatnice nudijo tudi zelo dobro zaščito pred vdorom talne vode

v gradbeno jamo.

Zagatna stena je v primerjavi z ostalimi načini varovanja, kot sta pilotna stena in

diafragma, zelo vitka in upogibna podporna konstrukcija. Za izvedbo zagatne stene

največkrat uporabimo jeklo, medtem ko se les in beton uporabljata redkeje.

Izvedba vgradnje zagatnic je z leti zelo napredovala. Jekleni profili omogočajo hitro in

ekonomično gradnjo, poleg tega pa jih lahko uporabimo večkrat. Danes lahko z razmeroma

enostavnimi nastavki, ki jih lahko vgradimo na večji bager, dokaj enostavno in brez

uporabe kakšne posebne mehanizacije izvedemo zagatno steno. Zagatnice lahko po potrebi

sidramo v varno zaledje ali pa jih razpiramo.

Prednosti zagatne stene so hitrost izvedbe, moţna takojšna izvedba izkopov po vgradnji

zagatnic, dobra zaščita pred vdorom talne vode, moţnost razstavljanja in večkratne

uporabe ter majhna potreba po delovni sili, medtem ko so pomanjkljivosti velika

upogibnost zagatnic, hrup zaradi vibriranja pri vgradnji, omejena globina varovanja z

dolţino elementa, ki ga lahko transportiramo, in omejena uporaba v trdnejših tleh. [10]

Izvajanje:

Zagatnice zabijemo eno ob drugi v »mehka« tla. Pri tem moramo biti pozorni, da jih

primerno stikamo v nevtralnih oseh. V primeru urejenih stikov so takšne stene zelo tesne in

ne prepuščajo vode. Zagatnice lahko po potrebi tudi sidramo v stabilno zaledje. Ta način

uporabljamo predvsem v primeru večjih globin gradbene jame. V primeru »oţjih«

gradbenih jam lahko za razpiranje uporabimo jeklene razpore. Po vgradnji zagatnic

začnemo z izkopavanjem zemljine do predvidene globine gradbene jame. Po končani


gradnji zagatnice vibracijsko izvlečemo iz tal in jih lahko uporabimo na naslednjem

gradbišču.

Slika 2.8: Zagatna stena [19]

Slika 2.9: Vtiskanje zagatnic [23]


2.5 Varovanje gradbenih jam z diafragmo

Diafragmo v geotehniki največkrat uporabljamo pri izvedbi neprepustnih pregrad, globokih

vertikalnih izkopov, kot so gradbene jame, ter kot nosilne elemente, ki nadomeščajo druge

vrste globokega temeljenja. Prvotno se je diafragma uporabljala predvsem pri gradnji

zemeljskih pregrad, kjer je kot vodoneprepustni element delovala kot zapora proti

pronicanju vode skozi pregrado. Za varovanje gradbene jame se je diafragma začela

uporabljati šele, ko so razvili vgradnjo betona z bentonitno izplako.

Diafragma je upogibna podporna konstrukcija iz armiranobetonskih in na mestu izdelanih

panelov, katerih debelina običajno znaša od 40 do 120 cm, širina pa od 3 do 6 m, prav tako

pa lahko z diafragmo dosegamo velike globine. Velika prednost diafragme pred ostalimi

konstrukcijami za varovanje gradbenih jam je v tem, da je to kontinuirna stena, ki je lahko

hkrati tudi del kasneje izvedenega objekta, kar pomeni tudi ekonomično prednost. Ker je

diafragma pravokotnega prereza, je armatura v njej bolje izkoriščena kot pri pilotni steni.

Prav tako je diafragma vodotesna in vodoneprepustna. To zagotovimo tako, da med lamele

vgradimo poseben tesnilni trak. Je pa diafragmo v primerjavi s pilotno steno teţje izvesti v

trših materialih oziroma je v tem primeru potrebna posebna oprema za izkop. [10]

Izvajanje:

Najprej izdelamo uvodni kanal, ki sluţi kot vodilo za izkop lamele diafragme. Hkrati

vodilni kanal napolnimo z bentonitno izplako, s katero varujemo stene izkopa pred

posameznimi porušitvami. Izkope zemljine izvajamo s posebnim grabeţem na vertikalnem

vodilu. Izkope diafragme izvajamo v lamelah zaporedoma ali pa izmenično za parne in

neparne segmente. Po izkopu posamezne lamele v izkop s pomočjo bagra vstavimo

armaturni koš. Po vgradnji armature sledi vgradnja betona, ki izpodriva laţjo bentonitno

izplako. Zaradi mešanja betona in bentonitne izplake se na vrhu diafragme ustvari

mešanica obeh materialov, ki zmanjšuje njeno nosilnost, zato zgornji del odstranimo. [10]


Slika 2.10: Izkop lamele za diafragmo [21]

2.6 Varovanje gradbenih jam z injektiranjem

Injektiranje je postopek, pri katerem pod pritiskom vtiskamo injektirno maso v praznine ali

razpoke, ki se nahajajo v zemljinah, kamninah ali obstoječih objektih, in posledično

povečamo nosilnost ter omejimo deformacije.

Injektiranje največkrat uporabljamo za: zmanjšanje vodoprepustnosti zemljin,

preprečevanje erozije pod temelji, povečanje nosilnosti temeljnih tal pod objekti ter

posledično omejitev deformacij, zapolnjevanje praznin med betonskimi konstrukcijami in


zaledno hribino, dvig objektov zaradi posedkov, povečanje nosilnosti sider, povečanje

nosilnosti poškodovanih zidov.

Injektiranje delimo na zapolnjevanje praznin prostorov v tleh, kompaktno injektiranje,

konsolidacijsko injektiranje, kontaktno injektiranje, jet-grouting. [13]

V primeru varovanja gradbenih jam lahko injektiranje uporabimo za povečanje nosilnosti

breţin gradbene jame. Ta način je uporaben v primeru, da se na območju izkopavanja

nahajajo sipki materiali in tako obstaja nevarnost osipanja zemljine v gradbeno jamo tekom

izkopavanja, kar lahko ogrozi delavce v njej. V tem primeru pred začetkom izkopavanja

izvedemo injektiranje zemljine. Pri tem moramo uporabiti injekcijsko cementno maso,

katere trdnost bo še vedno dovolj majhna, da lahko zainjektirano zemljino še vedno

izkopljemo. Z injektiranjem sipkemu materialu dodamo kohezivnost in ga posledično

lahko kopljemo pod večjimi nakloni, ne da bi se osipal. V primeru, da ţelimo z

injektiranjem tudi celostno varovati breţine gradbene jame, uporabimo cementno maso

večje trdnosti, injektirne vrtine pa izvedemo globlje.

Izvajanje:

Najprej izvrtamo vrtine, ki jih moramo po končanem vrtanju temeljito očistiti s

komprimiranim zrakom in jih ustrezno zaščititi. Premeri cevi in šob morajo zagotoviti

veliko hitrost pretoka in preprečiti segregacijo mase. Postopek injektiranja moramo izvesti

brez večjih prekinitev. V primeru, da pritisk pri injektiranju s cementno injektirno maso ne

narašča, moramo injektiranje prekiniti, vrtino nato izprati in postopek ponoviti po nekaj

urah. V primeru, da injektirna masa prehaja med vrtinami, moramo injektiranje na takšnem

območju izvajati sočasno oziroma moramo sosednjo vrtino zatesniti. Doseţeni zahtevani

pritisk v vrtini mora biti konstanten, da je injektiranje končano. [25]


Slika 2.11: Primeri injektiranja a) zapolnjevanje praznin v tleh b) povečanje nosilnosti tal

c) zmanjšanje vodoprepustnosti tal [4]


3 TALNA IN METEORNA VODA

3.1 Zniževanje vode v gradbenih jamah

Ker ţelimo, da se dela opravljajo v suhi gradbeni jami, saj je v tem primeru delo bolj

varno, laţje, cenejše in hitrejše, je potrebno preprečiti dotok vode ali pa izvesti ustrezno

odvodnjavanje. Dotok vode lahko preprečimo ali omejimo z vodotesnimi stenami, kot so

zagatnice, jet-grouting ali injektiranje, z direktnim črpanjem vode iz gradbene jame (t. i.

neposredno osuševanje) ali pa z zniţevanjem nivoja podtalne vode zunaj območja

gradbene jame (t. i. posredno osuševanje). Izbira metode je odvisna od dotoka in nivoja

talne vode, prepustnosti zemljine, globine in velikosti gradbene jame, bliţine sosednjih

objektov ipd. Pri tem moramo biti pozorni na to, da z niţanjem podtalne vode ne ogrozimo

sosednjih objektov, v nasprotnem primeru moramo izvesti vodotesen obod gradbene jame.

V primeru pojava talne vode v gradbeni jami je potrebno preveriti porušitev temeljnih tal

zaradi vzgona, hidravličnega loma, notranje erozije zemljine.

3.2 Neposredno osuševanje gradbene jame

Vodo črpamo iz gradbene jame takrat, ko je dotok vode relativno majhen in nam omogoča

kontrolirano črpanje, ter takrat, ko dela izvajamo v slabo prepustnih koherentnih zemljinah.

[13]

Osuševanje izvedemo tako, da na dnu gradbene jame izvedemo jarke in jih pod nakloni

speljemo do zbirnih jaškov, kamor poloţimo sesalni koš črpalke. Od tod nato vodo črpamo

iz gradbene jame.

Za zbirne jaške uporabljamo betonske cevi, ki jih lahko ustrezno preluknjamo, da se vanje

steka tudi podtalna voda ali pa preprosto izkopljemo kotanje in obod zapolnimo s prodcem

ali drobljencem. Število zbirnih jaškov in črpalk je odvisno od količine vode, velikosti

gradbene jame ipd.


Slika 3.1: Direktno črpanje vode iz gradbene jame [lastni vir]

3.3 Posredno osuševanje gradbene jame

V primeru, da je dotok vode v gradbeno jamo premočan in dela izvajamo v dobro

prepustnih tleh, polega tega pa nam direktno črpanje vode iz gradbene jame ne zadošča in

postane neekonomično, se odločimo za niţanje nivoja podtalne vode z vodnjaki v okolici

gradbene jame ter tako doseţemo, da se gradbena jama povsem osuši. [13]

Osuševanje izvedemo tako, da na obrobju ali zunaj gradbene jame izdelamo sistem

vodnjakov, iz katerih nato črpamo vodo s črpalkami.

Glavni prednosti posrednega osuševanja sta zmanjšanje vodnega pritiska in dejstvo, da

vodotesnih sten ne potrebujemo (zagatnice, jet-grouting).

Slika 3.2: Zniţevanje nivoja podtalne vode zunaj območja gradbene jame [lastni vir]


3.4 Zatesnitev gradbene jame

V primeru, da talne vode v gradbeni jami ne smemo zniţevati, je potrebno dostop talne

vode v gradbeno jamo preprečiti brez v prejšnjem poglavju opisanih osuševanj. Takšni

primeri se največkrat pojavijo na območjih s strnjeno pozidavo, kjer bi padec nivoja talne

vode lahko negativno vplival na stabilnost sosednjih objektov. Dotok talne vode v

gradbeno jamo v tem primeru preprečimo z ustreznim tesnjenjem oboda in dna gradbene

jame.

Tesnjenje oboda gradbene jame lahko izvedemo z jet-grouting slopi, injektiranjem,

zagatnicami, diafragmo, »polno« pilotno steno ali kakšno drugo tesnilno konstrukcijo.

Slika 3.3: Primer tesnilne zavese iz jet-grouting slopov [lastni vir]

Dotok vode preko dna gradbene jame lahko preprečimo z izvedbo jet-grouting slopov ali

talne plošče. V primeru velikih sil vzgona lahko talno ploščo tudi sidramo.

Slika 3.4: Primer tesnilne talne plošče s sidri [lastni vir]


4 GEOLOŠKO-GEOMEHANSKI PODATKI

4.1 Geološke in hidrološke značilnosti

Na obravnavanem območju se nahaja šoštanjski prelom, kjer se je oligocenska podlaga

(OI2) pogreznila pod strmim kotom. Obravnavani objekt se nahaja juţno od predvidenega

šoštanjskega preloma. Globina, na kateri se pojavijo oligocenske plasti, znaša od 4.5 m do

15 m, saj so bile vrtine izvrtane na več območjih, globina pa je posledično odvisna od

lokacije posamezne vrtine. Širina preloma znaša od nekaj metrov pa vse do več kot 10 m.

Na območju preloma so oligocenske plasti močno pretrte, sestavljajo pa jih plasti meljne

lapornate gline, lapornatih glinovcev in tufa. Na oligocenske plasti so odloţene

pliokvartarne plasti (Pl, Q), katerih debelina se povečuje proti severu. Pliokvartarne plasti

so heterogene, sestavljajo pa jih rjavi zaglinjeni, meljasti in peščeni grušči, gline ter peski.

V bliţini reke Pake in ostalih pritokov se nahajajo aluvijalni nanosi, ki so heterogeni,

sestavljajo pa jih debelozrnati, srednjezrnati in drobnozrnati prodniki, peski in peščena

glina. [7]

V hidrogeološkem smislu je mogoče obravnavati prode, grušče in peske kot dobro

prepustne, melje in gline kot slabo prepustne, laporje, glinovce in tufe pa kot zelo omejeno

prepustne oziroma kot praktično neprepustne kamnine. Talna voda je vezana predvsem na

količine padavin in nivo vode v reki Paki.

Slika 4.1: Osnovna geološka karta območja [7]


4.2 Izvedene terenske raziskave in sestava temeljnih tal

4.2.1 Terenske in laboratorijske preiskave tal

Mehanske in fizikalne lastnosti tal ter striţne karakteristike so bile določene na osnovi

terenskih in laboratorijskih raziskav (geotehnične vrtine z meritvami SPT, vizualne

razvrstitve na terenu, določitev zrnavosti, gostote). Nivo talne vode v geotehnični vrtini je

bil zaznan na globini 3.5 m (najbliţja vrtina naši lokaciji). [11]

4.2.2 Razporeditev slojev in mehanske lastnosti tal

Sloj 1:

0.00–3.50 m: Umetno nasutje (peščeno-meljasti grušči in prodi s plastmi gline in peska)

- prostorninska teţa γ = 19.5 kN/m3

- kohezija c = 0.0 kPa

- striţni kot υ = 30.0°

- modul elastičnosti E ≈ 12000 kPa

- koeficient prepustnosti k = 1.010-4 m/s [11]

Sloj 2:

3.50–5.40 m: Peščeno-meljast grušč s prodniki (ML/GM.GM)






Sloj 3:

> 5.40 m: Pliokvartarne plasti Pl. Q (MH.CH/MH)







4.3 Opis gradbene jame

Gradnja meteorne kanalizacije se izvaja znotraj obstoječega sestava objektov TEŠ. Kot je

razvidno s spodnje slike, bo meteorna kanalizacija (temnozelena in rdeča črta) potekala

med različnimi objekti, nato pa bo na določenem delu dvakrat prečkala obstoječe cevovode

za hladilno tekočino (modra barva); premeri cevovodov znašajo 1.2 m, 2.4 m in 2.6 m. Pri

tem je potrebno dodati, da bo teme cevi meteorne kanalizacije zaradi potrebnih naklonov

kanalizacije izvedeno le cca. 10 cm pod spodnjim nivojem obstoječih cevovodov

(prikazano na spodnji sliki), saj v primeru večje poglobitve cev meteorne kanalizacije na

iztoku pade pod nivo struge reke Pake. Globina gradbene jame je konstantna in znaša cca.

5.0 m, merjeno z nivoja terena, medtem ko se os meteorne kanalizacije nahaja na globini

cca. 3.5 m. Dolţina gradbene jame znaša cca. 50 m (os kanalizacije).

Gradbena jama je tako razdeljena na dva različna dela glede na tip izvedbe. Prvi del

predstavlja t. i. odprti del gradbene jame, drugi pa t. i. zaprti del gradbene jame.

Odprti del gradbene jame predstavlja območje na skrajno vzhodni, zahodni in severni

strani poteka meteorne kanalizacije, medtem ko zaprti del gradbene jame predstavlja

območje pod obstoječimi cevovodi. V ta namen bosta določena dva različna tipa

varovanja, katerih razlika bo predvsem v tehnologiji gradnje, medtem ko bo podporna

konstrukcija breţin načeloma ostala enaka, tako za odprti kot za zaprti del.

Zaradi bliţine ostalih objektov in posledično pomanjkanja prostora odprtega dela gradbene

jame ni moţno izvesti le z nakloni breţin, torej brez podporne konstrukcije. Pri zaprtem

delu gradbene jame pa je potrebno paziti predvsem na to, da ne pride do prevelikih

deformacij cevovoda.

Na podlagi zasnove delovišča, razpoloţljivih delovnih strojev, okolja in dostopnosti bomo

varovanje breţin gradbene jame izvedli z brizganim betonom, armaturnimi mreţami in

pasivnimi sidri. Na območju zaprtega dela gradbene jame bomo obstoječe cevovode

ustrezno podprli. Poudariti moramo, da v tem primeru varovanja gradbene jame izvajamo

začasno konstrukcijo.


Slika 4.2: Tloris trase varovanja gradbene jame – rdeča črta [lastni vir]

Slika 4.3: Prečni profil prečkanja meteorne kanalizacije pod obstoječimi hladilnimi

cevovodi [lastni vir]


5 OSNOVE IN PROGRAMI ZA PROJEKTIRANJE

5.1 Analiza stabilnosti brežin

Analizo stabilnosti smo obdelali na geotehničnem profilu, pri katerem smo upoštevali

geotehnične lastnosti materiala, globine posameznih slojev zemljin, geometrijo terena ter

nivo talne vode, ki ga pričakujemo v temeljnih tleh. Kot rezultate analize smo dobili

kritične porušnice, ki izkazujejo stabilno ali nestabilno stanje terena. Za izračun smo

uporabili računalniški program Slide podjetja Rocscience.

Za stabilnostne izračune v Sloveniji uporabljamo projektni pristop 3 po standardu SIST EN

1997-1, po katerem reduciramo karakteristične striţne parametre zemljin s faktorji 1.25,

stalne in spremenljive obteţbe pa mnoţimo z ustreznimi faktorji. [12]

5.1.1 Metode izračuna drsin

Analizo stabilnosti breţin gradbene jame smo izvedli na podlagi numeričnih metod za

izračun kritičnih drsin, ki temeljijo na lamelni metodi analize. Pri analizah moramo izraziti

ravnovesne pogoje za določen sistem sil, ki deluje na prerez terena, ki ga podamo v

analitični obliki. Pri lamelni metodi analize stabilnosti je potencialna drseča masa

sestavljena iz več lamel z vzporednimi mejami med lamelami. Ravnovesje vsake lamele se

obravnava posamično, kar pomeni, da moramo za vsako lamelo posebej izpolniti

ravnoteţne pogoje. Upoštevamo vse notranje sile in medlamelne sile ob mejah s

sosednjimi lamelami. [9]

Za izračun kritičnih drsin pogosto uporabljamo numerične postopke, ki sta jih definirala

Bishop in Janbu; uporablja jih tudi računalniški program Slide, s katerim smo izvedli

izračune. Bishopova metoda je uporabna za stabilnostne analize s kroţnimi drsinami.

Rešitev je izvedena iz ravnovesnih pogojev za navpično smer in iz momentnih pogojev

glede na središče kroţne drsine. Janbujeva metoda je uporabna za stabilnostne analize z

drsinami poljubnih oblik. Rešitev je izvedena iz ravnovesnih pogojev za navpično in

horizontalno smer. [9]

Kot kriterij porušitve materialov smo uporabili Mohr-Coulombov kriterij, katerega striţna

parametra sta c (kohezija) in υ (striţni kot).


5.2 Elasto-plastična analiza z MKE

Stabilnostno-statične izračune z elasto-plastično analizo po metodi končnih elementov

(MKE) smo izvedli na geotehničnih profilih, pri katerih smo upoštevali geotehnične

lastnosti materiala, globine posameznih slojev zemljin, geometrijo terena ter nivo talne

vode, ki ga pričakujemo v temeljnih tleh. Kot rezultate analiz smo dobili vrednosti

notranjih statičnih količin v podpornih konstrukcijah (prerez brizganega cementnega

betona in pasivna sidra) in vrednosti pomikov. Za izračun smo uporabili računalniški

program Phase2 podjetja Rocscience, ki deluje na podlagi metode končnih elementov

(MKE). Programska oprema temelji na tem, da neko podano ravnino razdelimo na končno

število elementov, ki so med seboj povezani tako, da ta razdelitev ustreza geometrijskim

značilnostim obravnavanega objekta in materialnim značilnostim z vsemi anomalijami. S

to razdelitvijo je moţno natančno analizirati oziroma prikazati vplive posegov pri

geotehničnem projektiranju.

Izračune smo izvajali po korakih, kakor si bodo sledili tudi pri sami izvedbi. Tako smo za

odprti del gradbene jame najprej izdelali model obstoječega stanja, nato smo izvedli izkop

do polovične globine, nato pa izkop do samega dna. Na podoben način smo izvedli tudi

izračune na zaprtem delu gradbene jame, kjer pa smo izračune izvedli v dveh korakih

zaradi drugačnega načina izvedbe.

Izračune podpornih konstrukcij (prerez brizganega cementnega betona in pasivna sidra)

smo izvedli tako, da smo izbrali betonski prerez poljubnih dimenzij in pasivna sidra

poljubne natezne trdnosti, nato pa smo z dimenzioniranjem podpornih konstrukcij

konvergirali do optimalne rešitve.

Pri izračunu smo dokazovali mejna stanja skladno s standardom SIST EN 1997-1 (t. i.

Evrokod 7):

- MSU (mejno stanje uporabnosti),

- MSN (mejno stanje nosilnosti), pri katerem uporabimo projektni pristop 1

(kombinaciji 1 in 2) po standardu Evrokod 7, ki ga uporabljamo za izračune z

metodo končnih elementov.


Pri MSU uporabimo karakteristične vrednosti materialnih parametrov zemljin in

konstrukcij, karakteristične geometrije ter podatke o nivoju talne vode. Vsi delni količniki

so skladno s standardom enaki 1.0. [12]

Pri MSN izvedemo dve kontroli mejnega stanja po projektnemu pristopu 1, pri čemer

uporabimo delne faktorje za učinke vplivov (kombinacija 1) ali redukcijo parametrov

striţnih karakteristik zemljine (kombinacija 2). [12]

5.2.1 Softening/hardening model

Pri izračunu smo uporabili Softening/hardening model, ki upošteva proces

obremenjevanja, razbremenjevanja in posledično utrjevanja materiala, npr. Hardening-Soil

model v programski opremi Plaxis.

Softening/hardening model deluje na podlagi Mohr-Coulombovega kriterija porušitve

materialov, togost zemljine pa apliciramo z nelinearnim elastičnim obnašanjem zemljine,

ki upošteva odvisnost modula elastičnosti od vertikalnih napetosti. Odvisnost je prikazana

v naslednji enačbi:

E = E0 (p / (pref)α,

kjer je pref referenčna napetost, E0 modul elastičnosti pri referenčni napetosti, p napetost na

določeni globini, α pa eksponent, ki določa stopnjo modula elastičnosti od napetosti. Pri

tem je potrebno upoštevati, da sta pref in E0 običajno pridobljena iz laboratorijskih preiskav.

[1]

V nadaljevanju je v tabeli prikazana primerjava parametrov Softening/hardening modela s

Hardening-Soil modelom (vrednosti parametrov so simbolične).

Preglednica 5.1: Primerjalna tabela Phase2-Plaxis [1] [8]

Softening/hardening model - PHASE2 Hardening-Soil model - PLAXIS

1. Porušitveni parametri

c (kPa) - kohezija

υ (°) - striţni kot

ψ (°) - kot razmikanja

a = 0.005 (koeficient utrjevanja. ki običajno

znaša 5–10 % deviatoričnih deformacij pri


porušitvi materiala)

2. Parametri togosti (in primer medsebojne odvisnosti)

E0 = 15.0 MPa (modul elastičnosti pri

referenčni napetosti)

E50ref

= 15.0 MPa (sekantni deformacijski

modul pri 50-odstotni trdnosti zemljine)

Eoedref

= 15.0 MPa (tangentni edometrski

modul)

Eurref

= 45.0 MPa (deformacijski modul

razbremenitve in ponovne obremenitve)

E50ref

= Eoedref

. Eurref

= 3·E50ref

pref = 100 kPa (običajno privzeta referenčna

napetost)

pref = 100 kPa (običajno privzeta referenčna

napetost)

α = 0.5 (eksponent, ki določa stopnjo

modula elastičnosti od napetosti)

m = 0.5 (eksponent, ki določa stopnjo

deformacijskega modula od napetosti)

ν = 0.3 (Poissonov količnik)

Ugotovitve:

V poglavju 6.2 so prikazani rezultati elastoplastičnih analiz po obeh metodah na primeru

odprtega dela gradbene jame. Pomiki in notranje statične količine (NSK) v podporni

konstrukciji so v obeh primerih podobnih velikosti.

Do razlike v rezultatih je prišlo zato, ker programa uporabljata različne parametre in

formule. V programu Phase2 sidra definiramo na precej bolj kompleksen način kot v

programu Plaxis, saj je potrebno poleg togosti sidra definirati tudi zunanje parametre (stik

sidro–zemljina, premer vrtine oziroma injekcijske mase itd.), kar močno vpliva na končne

rezultate. Prav tako je zelo kompleksno definiranje koeficienta utrjevanja a, ki ga lahko

praktično dobimo le iz triosnih preiskav, daje pa bistvene razlike v rezultatih.

5.3 Dimenzioniranje konstrukcije iz brizganega betona in armaturnih mrež

Pri dimenzioniranju AB prereza na upogibno obremenitev smo uporabili računalniški

program Gala, pri dimenzioniranju AB prereza na striţno obremenitev pa smo uporabili

osnovne enačbe oziroma izraze, podane v standardu SIST EN 1992-1 (t. i. Evrokod 2).


5.4 Dimenzioniranje pasivnih sider

Za preveritev notranje nosilnosti pasivnih sider smo uporabili specifikacije sider. Slednje

smo pridobili s strani proizvajalcev (ŢMLJ, d. o. o.), za izračun zunanje nosilnosti sider pa

smo upoštevali izraze, podane v standardu Evrokod 7.

5.5 Dimenzioniranje jeklenih podpor in talne plošče za hladilne cevovode

Za dimenzioniranje jeklenih podpor in talne plošče na mestu obstoječih hladilnih

cevovodov smo uporabili računalniški program Tower7 podjetja Radimpex in upoštevali

standarde Evrokod 0, 1, 2 in 3.

5.6 Izračun hidravličnega loma tal

Za preverjanje odpornosti proti porušitvi zaradi hidravličnega loma tal, ki je posledica

strujanja vode v tleh, in izračun dotoka talne vode v gradbeno jamo smo uporabili program

Phase2 podjetja Rocscience. Pri izračunih smo uporabili osnovne enačbe oziroma izraze,

podane v standardu Evrokod 7.


6 STABILNOSTNI, STATIČNI IZRAČUNI IN DIMENZIONIRANJA

6.1 Analiza stabilnosti brežin gradbene jame

Najprej smo izvedli izračun stabilnosti breţin gradbene jame v primeru, če breţine

gradbene jame varujemo le z nakloni. V tem primeru smo kot rezultat dobili kritične

porušnice in posledično potreben naklon breţin gradbene jame.

Za izdelavo analize stabilnosti smo uporabili Mohr-Coulombov kriterij za porušitev

materialov in Janbu metodo za izračun drsin. Pri izračunu smo uporabili projektni pristop 3

po standardu Evrokod 7, ki ga uporabljamo za izračun globalne stabilnosti. [12]

6.1.1 Vhodni podatki

Pri izračunu smo upoštevali naslednje karakteristike zemljin:

Umetno nasutje:

c = 0 kPa z upoštevanjem c = 1.25 cd = 0 kPa

υ = 30.0º z upoštevanjem υ = 1.25 υd = 24.8º

Peščeno-meljast grušč s prodniki:

c = 0 kPa z upoštevanjem c = 1.25 c = 0 kPa

υ = 33.0º z upoštevanjem υ = 1.25 υ = 27.4º

Pliokvartarne plasti:

c=6 kPa z upoštevanjem c = 1.25 c = 4.8 kPa

υ=25.8º z upoštevanjem υ = 1.25 υ = 21.1º


6.1.2 Rezultati

Spodnja slika prikazuje kritične porušnice (F < 1.0).

Slika 6.1: Analiza stabilnosti

Zgornja slika prikazuje kritične porušnice, pri katerih je varnostni faktor manjši od 1, kar

pomeni, da porušnice izkazujejo nestabilno stanje. Na podlagi slike lahko sklepamo, da bi

bilo potrebno breţine izvesti pod kotom največ 34°, da bi izvedba bila moţna brez

podporne konstrukcije.

Ker za izvedbo breţin z nakloni 34° ni dovolj prostora, je potrebno izkop zaščititi z

ustrezno podporno konstrukcijo, kar nam omogoča izvedbo pod večjimi nakloni.

6.2 Stabilnostno-statični izračun brežin gradbene jame na odprtem delu



Slika 6.2: Vhodni parametri zemeljskih slojev


Za podporno konstrukcijo smo upoštevali naslednje karakteristike brizganega cementnega

betona in pasivnih sider:

Slika 6.3: Vhodni parametri brizganega betona in pasivnih sider

Vztrajnostni moment betonskega prereza smo izračunali po naslednji enačbi:

I = b·h3/12 = 1·0.15

3/12 = 2.8125·10

-4 m

4,

kjer je:

b (m) = širina prereza (2D program računa na tekoči meter),

h (m) = višina prereza.

Pri izračunu smo upoštevali tudi obteţbo dostavnih vozil, ki smo jo pri obteţnih primerih

ustrezno faktorirali (spremenljiva obteţba):

MSU: q = 15 kPa z upoštevanjem γQ = 1.00 q = 15.0 kPa

MSN – kombinacija 1: q = 15 kPa z upoštevanjem γQ = 1.50 q = 22.5 kPa



:

Slika 6.4: Model za drugo/končno fazo izkopa po MSU

Model za MSN se razlikuje le v velikosti spremenljive obteţbe dostavnih vozil.

6.2.2 Rezultati NSK v brizganem betonu

Slika 6.5: Pomiki v prvi fazi izvedbe gradbene jame po MSU


Slika 6.6: Pomiki v drugi/končni fazi izvedbe gradbene jame po MSU

Slika 6.7: Upogibni momenti za najneugodnejši primer

Slika 6.8: Striţne sile za najneugodnejši primer


Preglednica 6.1: NSK v podporni konstrukciji – Phase2

Projektni pristop Upogibni

momenti

(kNm)

Striţne sile

(kN)

Osne sile

(kN)

Pomiki

(cm)

MSU (F=1.0) 11.3 23.8 14.6 3.0

MSN – kombinacija 1

(F=1.0 · 1.35) 11.5 · 1.35 = 15.6

24.6 · 1.35 = 33.3

14.6 · 1.35 = 19.8

-


(redukcija υ in c oz. F=1.25) 17.7 39.4 23.25 -

Preglednica 6.2: NSK v podporni konstrukciji – Plaxis


momenti

(kNm)

Striţne sile

(kN)

Osne sile

(kN)

Pomiki

(cm)

MSU (F=1.0) 10.6 25.1 42.1 2.1


(F=1.0 · 1.35) 10.6 · 1.35 = 14.4

26.1 · 1.35 = 35.3

44.3 · 1.35 = 59.8

-



Sklep:

Pomiki, glede na MSU, na območju podporne konstrukcije znašajo do 3.0 cm (Phase2)

oziroma 2.1 cm (Plaxis). Največji pričakovani pomiki so na dnu gradbene jame in znašajo

do 4.1 cm (Phase2) oziroma 3.0 cm (Plaxis).

Glede na izračunane notranje statične količine po projektnih pristopih lahko ugotovimo, da

so za dimenzioniranje podporne konstrukcije z brizganim cementnim betonom in

armaturnimi mreţami merodajne notranje statične količine, izračunane po MSN –

kombinacija 2.


6.2.3 Rezultati NSK v pasivnih sidrih

Slika 6.9: Osne sile v pasivnih sidrih za najneugodnejši primer

Preglednica 6.3: NSK v pasivnih sidrih – Phase2

Projektni pristop Osne sile (kN) – sidro

5 m

Osne sile (kN) – sidro

3 m

MSU (F=1.0) 68.5 165.6


(F=1.0 · 1.35) 73.6 · 1.35 = 99.4 170.0 · 1.35 = 229.5


(redukcija υ in c oz. F=1.25) 101.7 248.7

Preglednica 6.4: NSK v pasivnih sidrih – Plaxis

Projektni pristop Osne sile (kN) – sidro

5 m

Osne sile (kN) – sidro

3 m

MSU (F=1.0) 21.2 · 3 = 63.6 55.9 · 3 = 167.7


(F=1.0 · 1.35) 24.5 · 3 · 1.35 = 99.3 57.3 · 3 · 1.35 = 232.1


(redukcija υ in c oz. F=1.25) 42.7 · 3 = 128.1 94.7 · 3 = 284.1

Sklep:

Glede na izračunane osne sile v sidrih po projektnih pristopih lahko ugotovimo, da so za

dimenzioniranje pasivnih sider merodajne osne sile po MSN – kombinacija 2.


6.3 Stabilnostno-statični izračun brežin gradbene jame na zaprtem delu




Predpostavljeni prerez podporne konstrukcije zmanjšamo glede na odprti del gradbene

jame. Sidra ostanejo enake natezne trdnosti.


Pri izračunu smo upoštevali tudi obteţbo jeklenega cevovoda (stalna obteţba) in hladilne

tekočine v njem (spremenljiva obteţba), kar smo pri obteţnih primerih ustrezno faktorirali:

MSU: q =40 kPa z upoštevanjem γQ = 1.00 q = 40 kPa

g = 3.2 kPa z upoštevanjem γG = 1.00 g = 3.2 kPa

MSN – kombinacija 1: q = 40 kPa z upoštevanjem γQ = 1.50 q = 60 kPa




g= 3.2 kPa z upoštevanjem γG =1 .00 g = 3.2 kPa

Slika 6.12: Model izkopa po MSU

Model za MSN se razlikuje le v velikosti obteţb.


Slika 6.13: Pomiki izkopa po MSU




Preglednica 6.5: NSK v podporni konstrukciji – Phase2


momenti

(kNm)

Striţne sile

(kN)

Osne sile

(kN)

Pomiki

(cm)

MSU (F=1.0) 6.1 13.6 8.9 1.4


(F=1.0 · 1.35) 8.1 · 1.35 =

11.0

18.0 · 1.35 = 24.3

9.9 · 1.35 = 13.4 -




Sklep:

Pomiki, glede na MSU, na območju podporne konstrukcije znašajo do 1.4 cm. Največji

pomiki so na dnu gradbene jame in znašajo do 2.5 cm.


so za dimenzioniranje podporne konstrukcije z brizganim betonom in armaturnimi

mreţami merodajne notranje statične količine, izračunane po MSN – kombinacija 1

(striţne sile) in 2 (upogibni momenti).




Projektni pristop Osne sile (kN) – sidro 2 m

MSU (F=1.0) 104.5


(F=1.0 · 1.35) 139.9 · 1.35 = 188.9


(redukcija υ in c oz. F=1.25) 171.6

Sklep:


dimenzioniranje pasivnih sider merodajne osne sile po MSN – kombinacija 1.


6.4 Stabilnostno-statični izračun brežin gradbene jame na bočnem delu

cevovodov




Predpostavljeni prerez podporne konstrukcije ostane enak kot na odprtem delu gradbene

jame. Prav tako predpostavimo sidra enake natezne trdnosti.


Pri izračunu smo upoštevali tudi obteţbo jeklenega cevovoda (stalna obteţba) in hladilne

tekočine v njem (spremenljiva obteţba), kar smo pri obteţnih primerih ustrezno faktorirali:

MSU: q =40 kPa z upoštevanjem γQ = 1.00 q = 40 kPa






g= 3.2 kPa z upoštevanjem γG = 1.00 g = 3.2 kPa

Pri izračunu smo upoštevali tudi obteţbo dostavnih vozil, ki smo jo pri obteţnih primerih

ustrezno faktorirali (spremenljiva obteţba):

MSU: q = 15 kPa z upoštevanjem γQ = 1.00 q = 15.0 kPa



Slika 6.19: Model za drugo/končno fazo izkopa po MSU

Model za MSN se razlikuje le v velikosti obteţb.



Slika 6.20: Pomiki v prvi fazi izvedbe gradbene jame po MSU

Slika 6.21: Pomiki v drugi/končni fazi izvedbe gradbene jame po MSU



Preglednica 6.7: NSK v podporni konstrukciji za levo stran – Phase2


momenti

(kNm)

Striţne sile

(kN)

Osne sile

(kN)

Pomiki

(cm)

MSU (F=1.0) 10.2 22.3 16.8 3.5


(F=1.0 · 1.35) 10.6 · 1.35 = 14.3

23.1 · 1.35 = 31.2

17.0 · 1.35 = 23.0

-



Preglednica 6.8: NSK v podporni konstrukciji za desno stran – Phase2


momenti

(kNm)

Striţne sile

(kN)

Osne sile

(kN)

Pomiki

(cm)

MSU (F=1.0) 1.4 5.9 11.0 1.0


(F=1.0 · 1.35) 1.9 · 1.35 = 2.6

6.6 · 1.35 = 8.9

10.2 · 1.35 = 13.8

-



Sklep:

Pomiki, glede na MSU, na območju podporne konstrukcije znašajo do 3.5 cm (leva stran)

oziroma do 1 cm (desna stran). Največji pomiki so na dnu gradbene jame in pod

spremenljivo obteţbo ter znašajo do 4.1 cm.


so za dimenzioniranje podporne konstrukcije z brizganim betonom in armaturnimi

mreţami merodajne notranje statične količine, izračunane po MSN – kombinacija 2 (leva

stran) oziroma MSN – kombinacija 1 (desna stran).





Projektni pristop Osne sile (kN) –

sidro 5 m

Osne sile (kN) –

sidro 3 m

Osne sile (kN) –

sidro 2 m

MSU (F=1.0) 61.0 157.0 67.8


(F=1.0 · 1.35) 69.0 · 1.35 = 93.1 160.5 · 1.35 = 216.7

78.9 · 1.35 = 106.5


(redukcija υ in c oz.

F=1.25) 86.6 238.6 90.1

Sklep:


dimenzioniranje pasivnih sider merodajne osne sile po MSN – kombinacija 1 (sidra dolţin

5 m in 2 m) in 2 (sidra dolţin 3 m).


6.5 Dimenzioniranje armature v brizganem betonu

6.5.1 Dimenzioniranje upogibne armature za odprti del gradbene jame


Slika 6.27: Izpisi dimenzioniranja betonskega prereza na upogib

Predpostavili smo betonski prerez debeline 15 cm, dvojno armiranje in krovni sloj betona

3 cm. V primeru, da v podporno konstrukcijo vgradimo armaturne mreţe Q385 (dvojno

armiranje), lahko izbrani prerez prenese upogibni moment 20.2 kNm, kar zadosti

največjemu projektnemu upogibnemu momentu, ki v našem primeru znaša 17.7 kNm na

odprtem delu gradbene jame in 16.8 kNm na bočnem delu cevovodov.

6.5.2 Dimenzioniranje upogibne armature za zaprti del gradbene jame


Slika 6.28: Izpisi dimenzioniranja betonskega prereza na upogib

Predpostavili smo betonski prerez debeline 10 cm, dvojno armiranje in krovni sloj betona

3 cm. V primeru, da v podporno konstrukcijo vgradimo armaturne mreţe Q385 (dvojno

armiranje), lahko izbrani prerez prenese upogibni moment 12.0 kNm, kar zadosti

največjemu projektnemu upogibnemu momentu, ki v našem primeru znaša 11.1 kNm.

6.5.3 Dimenzioniranje strižne armature

Odpornost betonskega prereza na striţno silo smo preverili na največjo striţno silo, ki se

pojavi na odprtem in zaprtem delu gradbene jame.

Pogoj:

Ved ≤ VRd,c


Odprti del: 40.2 kN ≤ 43.4 kN,

zaprti del: 24.3 kN ≤ 30.7 kN,

kjer sta:

Ved (kN) = računska projektna striţna sila za dimenzioniranje,

VRd,c (kN) = računska striţna odpornost betonskega elementa brez striţne armature.

VRd,c = [CRd,c · k · (100 · ρ1 · fck)1/3 + k1 · σcp] · bw · d ≥ (νmin + k1 · σcp) · bw · d

Odprti del: 43.4 kN ≥ 15.72 kN,

zaprti del: 30.7 kN ≥ 9.0 kN,

kjer so:

CRd,c = reducirana natezna trdnost betona, 0.18/γc,

k = koeficient višine prereza, √

≤ 2.0,

ρ1 = deleţ ustrezno zasidrane vzdolţne armature, (As/bw·d) ≤ 0.02,

fck = karakteristična tlačna trdnost betona,

k1 = konstanta, 0.15,

σcp = napetost zaradi tlačne osne sile, Nd/Ac < 0.2·fcd,

bw = najmanjša širina prereza v območju nategov,

d = statična višina prereza,

νmin = vplivni koeficient trdnostnega razreda betona.

Sklep:

Za odprti del gradbene jame smo predpostavili betonski prerez debeline 15 cm, dvojno

armiranje in krovni sloj betona 3 cm. V primeru, da v podporno konstrukcijo vgradimo

armaturne mreţe Q385 (dvojno armiranje), lahko izbrani prerez prenese striţno silo

43.4 kN, kar zadosti največji projektni striţni sili, ki v našem primeru znaša 40.2 kN.

Za zaprti del gradbene jame smo predpostavili betonski prerez debeline 10 cm, dvojno

armiranje in krovni sloj betona 3 cm. V primeru, da v podporno konstrukcijo vgradimo


armaturne mreţe Q385 (dvojno armiranje), lahko izbrani prerez prenese striţno silo

30.7 kN, kar zadosti največji projektni striţni sili, ki v našem primeru znaša 24.3 kN.

6.6 Dimenzioniranje pasivnih sider

Zunanjo nosilnost sidra smo dimenzionirali za sidra dolţin 5, 3 in 2 m, kakršne smo

uporabili v našem modelu. Sidra smo preverili na največjo osno silo, ki se pojavi v sidru

določene dolţine.

Notranjo nosilnost sidra smo določili na podlagi specifikacij, ki smo jih pridobili s strani

proizvajalcev. Predpostavimo sidro R32/20, katerega karakteristike so prikazane v tabeli.

Preglednica 6.10: Karakteristike pasivnega sidra R32/20 [14]

SIS (samovrtalna injektirna sidra) R32/20

Zunanji premer sidra

Zunanji premer vrtalne krone

32 mm

51 mm

Sila plastičnosti 250 kN

Lomna sila 320 kN

Povprečna meja plastičnosti 608 kPa

Povprečna natezna trdnost 780 kPa

6.6.1 Zunanja nosilnost sidra

Pd, 5m = 101.7 kN

Pd, 3m = 248.7 kN

Pd, 2m = 188.9 kN

Ra,k = τm·d·π·lv = 400 · 0,1· π · lv

Ra,d = Ra,k/γa,t = Ra,k/1.1

kjer so:

Pd (kN) = projektna sila za dimenzioniranje sidra,

Ra,k (kN) = karakteristična sila adhezijskega odpora,

Ra,d (kN) = projektna sila adhezijskega odpora,


τm (kPa) = porušna adhezijska trdnost zemljine (v našem primeru smo za

zameljene peske in grušče privzeli cca. 400 kPa (po diagramu)),

d (m) = premer sidra oziroma vrtine,

lv (m) = vezni del sidra (enak dolţini sidra),

γa,t = delni faktorji odpornosti za začasna sidra.

Pogoj:

Pd ≤ Ra,d

Sidro dolţine 5 m: 101.7 kN ≤ 571.2 kN



6.6.2 Notranja nosilnost sidra

Pogoj:

Pd ≤ Rt,d

Največja sila v sidru: 248.7 kN ≤ 250.0 kN,

kjer sta:

Pd (kN) = projektna sila za dimenzioniranje sidra,

Rt,d = sila plastičnosti sidra.

Sklep:

Glede na izračunano projektno sidrno silo, zunanjo nosilnost sidra in notranjo nosilnost

sidra samovrtalno injektirno sidro R32/20 zadosti vsem potrebnim pogojem.

6.7 Statični izračun in dimenzioniranje jeklenih podpor


Največji cevovod ima premer 2.6 m. Načeloma hladilna tekočina v njem sega največ do

3/4 višine. Predpostavili smo, da ima cevovod plašč debeline 0.5 cm.


Obteţba hladilne tekočine:

Površina prereza: A polnega cevovoda = (π·d2/4) · 0.75 ≈ 4.0 m2

Obteţba hladilne tekočine: Q = A·γw = 4.0 · 10 = 40.0 kN/m

kjer sta:

d (m) = premer cevovoda,

γw (kN/m3) = prostorninska teţa vode.

Kombinacije vplivov določimo skladno s standardi Evrokod, kjer jekleni obod cevovoda,

jekleni profili in talna plošča predstavljajo stalne vplive, hladilna tekočina pa spremenljivi

vpliv.

MSN: Ed = ΣγG · GK + ΣγQ · QK = Σ1,35 · GK + Σ1,5 · QK

MSU: Ed = GK + QK

kjer so:

Ed = projektna vrednost učinka vpliva,

γ = varnostni faktor za stalni vpliv (γG) ali spremenljivi vpliv (γQ),

GK = karakteristična vrednost stalnega vpliva,

QK = karakteristična vrednost spremenljivega vpliva.

Za jeklene podpore izberemo tipski model, ki je sestavljen iz jeklenih profilov HEA 100,

nominalne vrednosti napetosti tečenja S235.

6.7.2 Rezultati

Slika 6.29: Model cevovoda, obteţbe hladilne tekočine in jeklenih podpor


Slika 6.30: Reakcije na jeklene podpore (78.40 kN)

Slika 6.31: Model jeklenih podpor in talne plošče

Slika 6.32: Upogibni moment v jeklenih profilih (Mmax=0.59 kNm)


Slika 6.33: Striţne sile v jeklenih profilih (Tmax=0.95 kN)

Slika 6.34: Osne sile v jeklenih profilih (Nmax=76.49 kN)

57 Jernej Remic: Varovanje gradbe

varovanje gradbene jame za kanalizacijo · 2017. 11. 28. · iv jernej remic: varovanje gradbene...

Documents