Tekniker för förtätning ” Seismisk motståndskraft

Tekniker för förtätning

Tätning eller komprimering innebär att jordpartiklarna omorganiseras till en tätare konfiguration, vilket leder till ökad densitet. Detta ökar jordens skjuvhållfasthet och motståndskraft mot flytning.

Densifiering har den fördelen att graden av behandling lätt kan verifieras, och om flytning utlöses minskar förskjutningarna nästan alltid.

Densifieringstekniker ger dock vanligen upphov till höga buller- och vibrationsnivåer, förbättringens laterala utbredning måste vara bredare än för solidifierings- eller förstärkningstekniker, och det kan ta flera veckor att verifiera behandlingen. Med undantag för kompakteringsinjektering och hartsinjektion är förtätningstekniker också vanligtvis olämpliga för behandling av mark under befintliga konstruktioner.

Nåväl har förtätning av lösa, sandiga avlagringar med vibrationer eller slagkompaktering använts i stor utsträckning, vilket har gjort det till en av de mest populära åtgärderna för att motverka liquefaction.

Dynamisk kompaktering

Dynamisk kompaktering innebär att man upprepade gånger släpper en tung vikt (vanligtvis 5-20 ton) på markytan för att öka markens densitet direkt under nedslagspunkten.

När jorden kompakteras bildas stora nedslagskratrar på ytan, som måste fyllas upprepade gånger och kompakteras på nytt tills jorden når sin målstyrka.

Fallhöjden, vikten och avståndet varierar beroende på mark- och grundvattenförhållandena.

Dynamisk kompaktering har använts i stor utsträckning vid projekt på Nya Zeeland, och den kan ge en utmärkt grad av markförbättring. Den är känd för att vara snabb och ekonomisk, särskilt vid behandling av stora områden. Den höga vibrationsnivå som genereras under förfarandet innebär dock att den kanske inte är lämplig för vibrationskänsliga områden eller platser nära strukturer av högt värde.

Rapid-impact compaction

Rapid-impact compaction är en mindre version av dynamisk kompaktering. Den använder en pålhammare som är fäst vid en stor ändplatta av stål som är monterad på en grävmaskins arm. Slutplattan drivs ner i marken med snabba hammarslag.

Detta ökar jordens densitet genom kompaktering av ytskikten när plattan hamras och genom vibrokompaktering av lägre jordarter.

Snabbt slagkomprimering kan förbättra markdensiteten ner till flera meter och är särskilt lämplig för sandjordar i områden där det finns tillräckligt avstånd till närliggande byggnader.

Snabbt slagkomprimering fungerar genom att jordpartiklarnas matris vibreras för att öka dess densitet.

Vibrokompaktering

Vibrokompaktering innebär att en vägd sond (eller vibroflot) förs in i marken för att applicera horisontella vibrationer.

När sonden väl har förts in till det lägsta djupet av den jord som ska kompakteras, aktiveras den och antingen dras den in och sänks upprepade gånger mellan det övre och det undre måldjupet, dras in i en bestämd hastighet eller dras in i bestämda steg.

Processen upprepas vanligtvis flera gånger i ett kvadratiskt eller triangulärt rutnät, beroende på storleken på den plats som ska kompakteras.

Vatten, luftstrålar eller grävning används ibland för att hjälpa sonden att nå sitt måldjup. När jorden kompakteras skapas ett tomrum runt sonden, och material måste läggas till i hålet för att kompensera detta.

Typiska behandlingsdjup varierar från 5-15 m, men vibrokompaktering har utförts på så djupa djup som 35 m.

Stone columns

Denna teknik innebär att man för in vertikala kolonner av kompakterad granulerad återfyllning i jorden i ett triangulärt eller kvadratiskt rutnät över platsen. Förfarandet kräver ingen utgrävning. Istället förlitar den sig på en teknik med förskjutningsinjektion som förtätar den omgivande jorden.

Den återfyllda fyllningen kompakteras sedan med hjälp av någon av de andra förtätningsteknikerna (ofta vibrokompaktering), vilket ytterligare ökar tätheten hos den omgivande jorden.

Stonekolonnerna är mest effektiva vid behandling av sand med mindre än 20 % finkorniga partiklar, men de kan effektivt behandla platser med siltig sand och sandig silter.

Stenskolonnerna har vanligtvis 1,5-4,0 m mellanrum och kan förtäta jorden till ett djup av 4-15 m, men jordar så djupa som 30 m har behandlats med denna metod.

Stenskolonnerna kan sprida föroreningar i marken eller grundvattnet under byggnationen och medan de är i drift. Alternativa tekniker bör användas om det finns en föroreningsrisk på eller i närheten av platsen.

Kompakteringspålar

Kompakteringspålar innebär att man installerar permanenta slagna pålar för att förtäta jorden genom förskjutning och vibrationer.

Pålarna är vanligen tillverkade av förspänd betong eller timmer och arrangerade i ett kvadratiskt eller triangulärt rutnät med ett avstånd på tre till fyra påldiametrar mellan sig över platsen. De kan drivas till ett djup på upp till 16 m.

I viss mån kan pålarna också minska skjuvspänningarna i jorden mellan pålarna, vilket förbättrar motståndet mot vätskning. Detta kan vara en användbar fördel när det är opraktiskt att förbättra marken enbart genom förtätning.

Compaction grouting

Compaction grouting innebär att en mycket styv injekteringsmassa sprutas in i marken under högt tryck. Injekteringen blandas inte med jorden. Injektionsprocessen gör att den expanderar i en serie stegvisa lökar som trycker och förskjuter den omgivande jorden för att öka den intilliggande tätheten.

Typiskt sett består injekteringsmassan av en blandning av jord, cement och vatten, även om injekteringsmassans hållfasthet är ointressant, eftersom tekniken förtätar snarare än förstärker jorden.

Då man använder småskalig, lättmanövrerad och vibrationsfri utrustning är kompaktering injekteringsmassan särskilt lämpad för användning under befintliga konstruktioner och i kombination med tillämpningar för byggnadsrelevantning.

Tekniken kan dock orsaka markhöjning i ytjordar som inte har tillräcklig överliggande begränsning för att begränsa injekteringsmaterialets expansion.

Injektion av harts

Injektion av harts liknar kompakteringsinjektion, men använder ett aggressivt expanderande polyuretanharts i stället för injekteringsmaterial.

Injektionsrör drivs ner i marken med jämna mellanrum över hela byggplatsen, och kontrollerade volymer av en hartsblandning pumpas in i marken. Hartsblandningen reagerar kemiskt strax efter injektionen, övergår från flytande till fast tillstånd och expanderar snabbt till många gånger sin ursprungliga volym. Denna expansion resulterar i en förtätning av de intilliggande jordarna.

I en typisk installation dras injektionsröret antingen tillbaka i etapper med bestämda volymer harts som injiceras i varje etapp eller dras långsamt tillbaka med en jämn hastighet medan en bestämd volym harts injiceras längs vägen.

De bästa resultaten uppnås i ren sand, men goda resultat kan också uppnås i siltig sand.

Och även om det är tillämpligt på röjda platser är hartsinjektion särskilt lämplig för användning under befintliga strukturer.