O sanaciji izplačnih jam nastalih pri vrtanju velikih vrtin

Bodoča avtocesta na odseku AC Lendava-Pince sklop A prečka celotno jamo
med profili P425-P427, kjer je predviden nizek do 3m visok nasip. V
Profilih P450-P450 pa se bodoča avtocesta izplačni jami približa oz.
seže vanjo z desnim robom AC nasipa.

1 Uvod

Slika 1: Slika 1 Izplačna jama med P425 in P427   Slika 1 Izplačna jama med P425 in P427     

Na trasi AC Lendava pince, se na odsekih med profili P425-P427 in P
450-451 pri Petišovcih nahajata dve izplačni jami v katerih je odloženo
tekoče blato, nastalo pri vrtanju globokih vrtin za nafto. Izplačne
jame so začasni objekti poleg vrtin, v katerih se začasno odlaga
izplakovalna tekočina, ki pride na površje ob vrtanju vrtine.

Bodoča avtocesta na odseku AC Lendava-Pince sklop A prečka celotno jamo
med profili P425-P427, kjer je predviden nizek do 3m visok nasip. V
Profilih P450-P450 pa se bodoča avtocesta izplačni jami približa oz.
seže vanjo z desnim robom AC nasipa.

  

1. 1 Lastnosti mulja v jami

Mulj v jami je nastal pri vrtanju globokih vrtin in je sestavljen iz glinenih materialov in drugih dodatkov. Po obnašanju oz. po karakteristikah lahko ta mulj primerjamo z židkimi visokoplastičnimi glinami. V jami med P425-P427 je površina večinoma suha, medtem ko je v jami med P450-P451 površina popolnoma prekrita z 10cm vode.

Mulj je treba obravnavati kot tiksotropsko blato. Tiksotropija je pojav zniževanja trdnosti ob konstantnem strigu. To pomeni da je ta mulj samo navidezno konsistenten, vendar se mu ob določenih pogojih (porast strižne obremenitve) notranja struktura podre in mulj »teče«, ne da bi se obremenitve še naprej povečevale. Na kratko bi lahko definicijo tiksotropije opisali kot lastnost materialov, da se pod vplivom tresljajev ali udarcev zrahljajo vezi med molekulami, ter se ti materiali utekočinijo.

Ta pojav je bil najbolj opazen v jami med P450-P451. Površina je navidez primerna za obremenitve vendar lahko pride do nenadnega ugrezanja, zato je bila prepoved za delavce in stroje izvajati dela na sami površini blata.

V jami med P425-P427 so bile razmere nekoliko ugodnejše, ker je plast tekočega mulja nekoliko tanjša, pa tudi med samim odlaganjem mulja se je med posamezne plasti polagala plastična folija.

1. 2 Poskusno polje

Slika 2: Poskusno polje za analizo mulja  Slika 2: Poskusno polje za analizo mulja                  

Za analizo mulja v izplačnih jamah ter določitev debeline posameznih
plasti materiala, ter za odločitev o možni sanaciji sta se izvedla dva
raziskovalna jaška. Zaradi podobnosti sestave tal in zaradi lege
izplačnih jam bom v nadaljevanju opisoval samo jamo med profili
P425-P427 (na teh profilih poteka trasa AC čez celotno izplačno jamo).

Po izkopu raziskovalnega jaška smo ugotovili da je sestava tal naslednja:

  • 0,0 – 0,6 m: židek svetlo siv do siv mulj, nedrenirana trdost <1,5 kPa
  • 0,6 – 2,0 m: siv mulj, lahko gnetne konsistence, močnega vonja po nafti. Nedrenirana trdnost je ca 15kPa.
  • 2,0 – 3,0 m: raščena tla, meljast pesek. Nedrenirana trdnost = ca 25kPa. Na globini ca 2,5m se pojavi podtalnica.
Slika 3: Izkop raziskovalne jame Slika 4: Raziskovalna jama
Slika 3: Izkop raziskovalne jame Slika 4: Raziskovalna jama

Glede na zahtevo referenčnega pravilnika o minimalni nedrenirani
trdnosti odpadka, ki je veljal v času priprave PGD-PZI dokumentacije,
mora imeti odpadni mulj minimalno trdnost 25 kPa.

Nedrenirano
strižno trdnost mulja v izplačnih jamah so določili na Fakulteti za
gradbeništvo in geodezijo Ljubljana in sicer z preskusom z konusom. Rezultati strižnih trdnosti so priloženi v prilogi.

Glede na trdnosti, ki smo jih določili iz raziskovalnega jaška lahko vidimo da so te trdnosti za ca 10x manjše od predpisane 25kPa. Zato je bilo potrebno stabilizirati zgornjo plast in sicer do globine 0,7-08m.

1. 3 Laboratorijske preiskave:

Za okarekterizacijo mulja so bile uporabljene standardne laboratorijske raziskave:

  • Klasifikacija zemljin (JUS U.B1.001)
  • Naravna vlažnost (SIST/ISO/TS 17892-1:2004)
  • Gostota (SIST/ISO/TS 17892-2:2004)
  • Nedrenirana strižna trdnost s konusom (SIST/ISO/TS 17892-6:2004)
  • Enoosni tlačni preskus (SIST/ISO/TS 17892-7:2004)
  • Attebergove meje plastičnosti (SIST/ISO/TS 17892-12:2004)

Slika 5: Orema za preiskavo strižne trdnosti s konusom                                                            

Da se je lahko določila količina cemeta, potrebna za stabilizacijo
odpadnega mulja, je bil izvedena preiskava »fall cone« oz. Strižna
trdnost s konusom.

Ta preiskava se izvede tako, da se material nasuje v valj in postavi
pod konus. Vrh konusa nastavimo točno do preiskušanca in ga nato prosto
spustimo. Glede na to, za koliko se je konus posedel v preiskušanec z
enačbo določimo nedrenirano strižno trdnost, ki jo podano v kPa.

Slika 5: Orema za preiskavo strižne trdnosti s konusom

 

2 Postopek sanacije

Preiskave in analize materiala v izplačnih jamah so izvedli na Fakulteti za gradbeništvo in geodezijo Ljubljana.

Stabilizacija zemljine se je izvedla z dodatkom cementa. Preiskave v
laboratoriju so pokazale, da je za ustrezno stabilizacijo potreben
dodatek cementa ca. 10% na maso mulja. Naraven mulj ima prostorninsko
maso okoli 1400 kg/m3. Sicer bi po laboratorijskih preiskavah zadoščalo
že manjši dodatka cementa, vendar zaradi varnosti in predvsem
vremenskih pogojev v času sanacije (sanacija se je izvajala meseca
novembra), so se odločili za dodatek 10%.

Torej glede na prostorninsko maso mulja, poskuse na testnem polju in
laboratoriju in pa lažjega doziranja je količina cementa, ki je bila
uporabljena za sanacijo 100kg/m3. Za stabilizacijo se je uporabil
običajni cement. Še primernejša pa bi bila stabilizacija z mešanico
cementa in elektrofilterskega pepela (fino razpršeni delci pepela,
naloženi v dimnih plinih, ki izvirajo od zgorevanja goriva (predvsem
premoga) ali druge snovi). Vendar je elektrofilterski pepel v
Sloveniji dokaj težko dobiti. V času sanacije je bilo samo podjetje
VIPAP Krško sposobno zagotoviti dovolj veliko količino
elektrofiltertskega pepela (mesečno proizvedejo ca 3000 ton).

Vendar se je predvsem iz ekonomskih razlogov odločilo da se za sanacijo uporabi cement.

Postopek:

Stabilizacijo
mulja smo izvedli z enostavnim vmešavanjem cementa v mulj. Zaradi
ugodne lege jame nismo potrebovali posebne opreme za vmešavanje cementa
ampak smo uporabili kar bager z žlico.

Bager je »prerahljal« površino mulja v jami do globine 0,7m.
Površino prerahljanega mulja smo posuli z cementom in sicer kot sem
omenil že prej smo glede na laboratorijske poskuse posuli 100kg/m3
cementa. Nato je spet bager rahljal površino oz. vmešaval cement v
mulj, dokler cement ni izginil iz površine.

Slika 6 Posipavanje cementa na mulj

Slika 7: Posipavanje in vmešavanje cementa v mulj
Slika 6 Posipavanje cementa na mulj Slika 7: Posipavanje in vmešavanje cementa v mulj

Ko je bil cement enakomerno vmešan, se je počakalo 30 minut da je
mešanica mulja in cementa dobila pravilno konsistenco, nato pa se je z
bagersko žlico to stabilizirano plast potlačilo (slika 8). Ob tem je
plast še vedno dihala oz. valovala, ampak to je bila pričakovana
reakcija glede na lastnosti mulja.

Slika 8 Ravnanje in »tlačenje« Stabilizirane plasti     Slika 8 Ravnanje in »tlačenje« Stabilizirane plasti

Po priporočilih fakultete za gradbeništvo Ljubljana, ki je opravljala
laboratorijske preiskuse, se lahko z nadgradnjo na stabiliziran mulj
nadaljuje po 2-4 dneh in sicer po naslednjem postopku.

Na sanirano površino se je položilo geotekstil (slika 9). Polaganje
geotekstila je potekalo tako, da se je lahko hodilo samo po prej
razvitem geotekstilu in ne direktno po stabiliziranem mulju. Geotekstil
je bil položen v smeri večje trdnosti pravokotno na os avtoceste.Nato
se je nasulo prvo plast gramoza v debelini 0,5 metra. Sloj se je
poravnal in statično povaljal z valjarjem in sicer tako da začne na
zunanjem robu in nato nadaljuje proti sredini.

Slika 9: Položen geotekstil na stabiliziran mulj

Slika 10: Polaganje armaturne geosintetične mreže
Slika 9: Položen geotekstil na stabiliziran mulj Slika 10: Polaganje armaturne geosintetične mreže

Potem ko je celotna jama stabilizirana,  pokrita z geotekstilom in
0,5m gramoza se je sanacija nadaljevala z položitvijo armaturne
geosintetične mreže (glej poglavje materiali). Mreža se je položila po
celotni površini stabiliziranega mulja ter se še zasidrala ca 2 metra v
gramozno zaledje. (slika 10)

Na geomrežo se je izvedla prva nasipna plast gramoza v debelini 0,5m in
skomprimira. Nadaljevalo se je z gradnjo nasipa do planuma gramozne
posteljice. Vse plasti morajo ustrezati zahtevam zgoščenosti in
nosilnosti po veljavnih TSC-jih.

Po končanju zadnje nasipne plasti pred gramozno posteljico se je
izvedel gramozni predobremenilni nasip v višini 2m, s katerim smo
zagotovili pospešeno konsolidacijo stabiliziranega mulja in nasipa nad
njim. S tem se je sama izvedba sanacije končala.

2. 1 Materiali

  • Rdeči cement:

Rdeči cement: CEM II/B-P 32,5 R Cementarne Trbovlje. Uporablja se za
armirane in nearmirane betone ter tlake v stanovanjski gradnji. V
individualni gradnji je primeren predvsem poleti. Portlandski cement z
dodatkom pucolana, trdnostnega razreda 32,5 in visoko zgodnjo
trdnostjo. 

V našem primeru smo ga uporabili kot vezivo za stabilizacijo mulja v izplačnih jamah.

  • Geosintetik:

Slika 11: geosintetik    Slika 11: geosintetik                                              

Kadar na primer načrtujemo rabo geosintetika za vgradnjo med glinasto
zemljino v temeljnih tleh in kamnito posteljico za voziščno
konstrukcijo, je primarna vloga geosintetika ločevanje dveh, po
lastnostih povsem različnih geomaterialov: gline in kamnitega
drobljenca (slika 11).

Govorimo o ločilnem in ne o filtrskem
geosintetiku, kot se v vsakdanji praksi to pogosto opredeljuje. Vendar
pa ima geosintetik tudi vlogo filtra, a je filtriranje v tem primeru
šele drugotnega pomena.

  •  Armaturna mreža:

Konstrukcijsko načelo armiranja zemljin je podobno kot pri armiranju
betona: v zemljino, ki ima določeno tlačno in strižno trdnost a majhno
ali nično natezno odpornost vgradimo armaturni geosintetik, ki ima
visoko natezno trdnost, tako da se napetosti iz osnovnega materiala s
trenjem in adhezijo prenesejo na armaturo. Pogosto se uporabljajo pri
gradnji prometnic za ojačitev mehkih tal, za vgradnjo med nasute plasti
iz kamenega agregata z namenom, da preprečimo razrivanje kamnitih   zrn
ali ustvarjanje prevelikih kolesnic na nevezanih plasteh, zelo obsežno
je področje rabe  geosintetikov pri armiranju nasipov in gradnji
najrazličnejših podpornih konstrukcij. Za armiranje se uporabljajo
predvsem geotekstilije in geomreže.

Slika 13: Polaganje armaturne mreže         

Slika 12 :Primer armaturne mreže

Slika 12 :Primer armaturne mreže

Slika 13: Polaganje armaturne mreže

3 Ocena izvedbe sanacije

Kritični pogled na obravnavano tematiko

Osebno nisem bil aktivno udeležen pri sanaciji izplačnih jam pri
Petišovcih, ampak sem bil prisoten le kot opazovalec. Pri sanaciji je
zraven izvajalca (SCT) sodelovala še Fakulteta za gradbeništvo
Ljubljana in IGMAT d.d.

V splošnem lahko ocenim, da je sanacija jam pri Petišovcih potekala
brez večjih težav. Glede na predhodne preiskave in mnenja
strokovnjakov, je sanacija potekala točno tako kot je bilo dogovorjeno.
Geološka poročila so dokaj natančno opisovala stanje oz. vrsto
materiala, ki se je nahajal na območju izplačnih jam, tako da ni
prihajalo do »presenečenj« pri izkopu. Tudi vreme je bilo zelo ugodno
za takšno vrsto del. Dela so zato potekala zelo hitro in brez zastojev.

Tudi ekonomski vidik sanacije je zelo ugoden, saj razen cementa in
armaturne mreže ni bilo večjih dodatnih stroškov. Predvsem je to
posledica, da se je lahko uporabila kar mehanizacija, ki je že bila
prisotna na gradbišču (bager, valjar). Seveda bi bilo za izvedbo
stabilizacije možno uporabiti tudi specialno opremo. To bi pomenilo
postavitev mobilne mešalne naprave ob robu jame, izvedbo stabilizacije
v mešalcu in nato polnjenje stabilizata v jamo. Prav tako bi se lahko
uporabil tudi elektrofilterski pepel namesto cementa. Seveda bi bili
vsi ti postopki neprimerno dražji od postopka opisanega zgoraj.
Glede na vse zgoraj naštete dejavnike, lahko ocenim da je izvedba sanacije potekala optimalno.

Z deli se je nadaljevalo ca. štiri mesece po izvedbi
predobremenilnega nasipa z izvedbo posteljice, nevezane nosilne plasti,
vezane spodnje nosilne plasti (cementne stabilizacije) in izvedbo
asfaltne plasti. Na vseh plasteh pod asfaltno plastjo smo izvajali
meritve zgoščenosti z izotopsko sondo (TSC 06.711:2001) in meritve
nosilnosti z dinamično ploščo (TSC 06.720) in statično obremenitvijo
(TSC 06 720:2003). Vsi rezultati so bili v skladu s veljavnim TSC-jem
za zemeljska dela, ki jih je izdala Direkcija republike slovenije za
ceste.

Slika 14: Prvotno stanje na področju izplačne jame med P425-P427 Slika 15: Današnje stanje na področju izplačne jame med P425-P427
Slika 14: Prvotno stanje na področju izplačne jame med P425-P427 Slika 15: Današnje stanje na področju izplačne jame med P425-P427

4 Viri:

  1. Dr. Ana Petkovšek: Poročilo o raziskavah izplačnih jam, Ljubljana 2007
  2. Zapisnik sestanka izvida kontrolnih raziskav jaškov in poskusnega polja, 2007
  3. http://www.ravago.si/Arhiv/Clanki/geosintetiki_ali_jih_znamo_pravilno_uporabljati.pdf
  4. http://www.sobotainfo.com/index.php?mode=article&aid=1918
  5. http://www.lafarge.si
  6. http://en.wikipedia.org/wiki/Fly_ash
  7. http://www.geonor.com/geotechnical_labratory.html
  8. Fotografije: Stojan Ferlič (ZAG Ljubljana), Nataša Vrčon (SCT)

 

V splošnem lahko ocenim, da je sanacija jam pri Petišovcih potekala
brez večjih težav. Glede na predhodne preiskave in mnenja
strokovnjakov, je sanacija potekala točno tako kot je bilo dogovorjeno.
Geološka poročila so dokaj natančno opisovala stanje oz. vrsto
materiala, ki se je nahajal na območju izplačnih jam, tako da ni
prihajalo do »presenečenj« pri izkopu.

DELI
Prejšnji članekUporaba naravnega kamna pri visokih gradnjah
Naslednji članekIzdelava temeljne plošče s pogljobljenimi voutami

Matjaž Sajko je študent na Višji strokovni šoli Academia. Predstavljeno delo je pripravil kot seminarsko nalogo pri predmetu "Praktično izobraževanje 1" študijskega programa Gradbeništvo v šolskem letu 2007/2008.