Геотехничка изведба и испитување колови на мегаконструкции во проблематичната почва на Казахстан

Последниве 20 години во Казахстан се реализирани голем број уникатни мегапроекти, а многу од нив сè уште се во тек, посебно во Нур-Султан, новиот главен град на државата (види слика 1). Еден од најатрактивните проекти е станбената зона Абу Даби Плаза, чија изградба започна на 1 јули 2011 година. Овој проект на познатиот архитект Норман Фостер ќе биде највисоката зграда во Централна Азија и 18-та највисока во светот. Абу Даби Плаза е комплекс од неколку кули концентрирани околу главната зграда со висина од 320 метри или 75 ката (слика 1). Високите цени на градба и трендот на изградба на високи згради доведоа до широка употреба на колови темели. Современиот начин на градење поставува современи барања пред инженерите и проектантите, па оттаму, наместо традиционални решенија, дојде до примена на нови економични и еколошки прифатливи напредни технологии, како што се дупчење со континуиран шуплив сврдел (continuous flight auger – CFA) и систем на поместување почва (drilling displacement system – DDS).

Слика 1. Мегапроекти на Казахстан: а – Палата на мирот;

Мегапроекти на Казахстан: b – Абу-Даби Плаза

Мегапроекти на Казахстан: Објект на Министерството за транспорт;

Објект на Министерството за транспорт; d – Експо 2017

КОНЦЕПТ НА ПРОЕКТИРАЊЕ И ИЗВЕДБА НА КОЛОВИ ТЕМЕЛИ

Постојните нормативи за проектирање колови темели во Казахстан се застарени и не ги задоволуваат барањата на современите технологии, што ја наметна потребата од ревидирање на стандардите. Концептот на проектирање и изведба на колови темели (ASTM, 2007; SNiP RK, 2002; SNiP RK 5.01-01-2002, 2002) сè уште е во процес на модернизација (види слика 2).

Слика 2. Концепт на колови темели во Казахстан

Проектирањето колови темели вклучува две важни фази на анализа: носивост и слегнување. Идејниот проект се врши врз основа на инженерски и геолошки студии на теренот предвиден за градба. Правилната изведба на коловата конструкција генерално зависи од точноста на податоците во геолошкиот извештај. Конечниот проект на коловиот темел се коригира по теренско испитување колови.

 

Носивоста, обично, е поделена на две компоненти: отпорност на обвивката и на врвот на колот. За жал, постојните стандарди на Казахстан не го земаат предвид набивањето на почвата под висок бетонски притисок со CFA-технологија и поместување на почвата без ископ во случај на DDS-технологија, што ќе доведе до намалување на слегнувањето и зголемување на капацитетот на носивоста на коловите темели.

МЕТОДИ ЗА ИСПИТУВАЊЕ КОЛОВИ

Во Казахстан, класичните методи за испитување колови (статички и динамички) се во широка употреба. Искуствата од градилиштето во Нур-Султан покажуваат дека постојат одредени разлики помеѓу резултатите од статичко и динамичко испитување колови. Покрај тоа, се покажа дека резултатите од испитувањето на носивоста на коловите зависат и од типот на чекан што се користи за побивање колови. Оттаму, резултатите од динамичките испитувања добиени при побивање колови со хидрауличен чекан се покажаа поблиски до резултатите од статичките, т.е., поверодостојни во споредба со резултатите добиени при побивање со дизел чекан. На слика 3 е претставен факторот на веродостојност, определен со компаративна анализа на податоци од различни динамички и статички испитувања колови.

Слика 3. Споредба на динамичко и статичко испитување (во kN)

Од горенаведеното произлегува дека и статичките и динамичките испитувања имаат свои недостатоци. Статичкото испитување бара многу време, напор и финансиски средства. Потребниот број статички испитувања пропишани со стандардите не е доволен за соодветно разбирање на состојбата на почвата на градилиштето (само две испитувања на 200 колови). Динамичкото испитување е многу побрзо, но не е многу веродостојно и е применливо само за побивни колови.

Според Стандардот на Казахстан, на секое градилиште мора да се испитаат најмалку шест колови со примена на динамичко оптоварување (види слика 4).

Слика 4. Фотографија и шема на динамичко пробно оптоварување (PDA) во Казахстан

Статичко испитување на оптоварување притисок (Static compression load test – SCLT) според стандардите GOST

SCLT е еден од посигурните теренски тестови за анализа на носивоста на колови. SCLT треба да се изведе за побивни колови по нивно „одморање“ и за дупчени колови по достигнување на јакоста на бетонот (повеќе од 80 %).

Според барањата на Стандардот на Казахстан – SNiP RK 5.01-03-2002 – граничната вредност на слегнување на испитаниот кол зависи од категоријата на објектот и изнесува 16 или 24 mm. Последниот аргумент го покажува условниот карактер на методот на статичко пробно оптоварување.

Според Стандардот на Казахстан, 1 % од изведените колови на градилиштето мора да бидат тестирани со статичко пробно оптоварување, но мора да се направат најмалку две статички испитувања на оптоварување на една локација (види слика 5).

Слика 5. Фотографија и шема на статичко пробно оптоварување

Двонасочно статичко пробно оптоварување според ASTM (Bi-Directional static load test – BDSLT)

Целта на овие испитувања беше да се добијат податоци за носивоста на колови во проблематични почви на теренот предвиден за одржување на Експо 2017 во градот Нур-Султан.

Методот предложен од BDSLT овозможува истовремено одредување на пресметаниот отпор на подлогата под долниот крај на колот и на неговата странична површина. Специфика на BDSLT е тоа што товарот не се нанесува врз главата, туку врз телото на колот, каде што е поставена приспособлива дигалка. Таа работи во две насоки. Хидрауличната приспособлива дигалка е инсталирана на длабочина од 1/2 од должината на колот – 16,8 m (вкупна должина на колот = 31 m) (види слика 6).

Слика 6. Резултати на BDSLT

Како тест кол беше користен дупчен кол со дијаметар од 1.000 mm. Склопот на хидраулични дигалки кој се состои од три (3) двонасочни хидраулични дигалки со капацитет од 500 тони беше поставен на 16,80 m под котата на врвот на колот (види слика 6).

Хидрауличните дигалки беа споени со арматурни кошеви и спуштени во дупката. Колот е бетониран во согласност со методот опишан од страна на изведувачот (види слика 7).

Слика 7. Двонасочно статичко пробно оптоварување на кол

На врвот и на дното на склопот на хидрауличните ќелии беа инсталирани сигнални уреди. Нивните движења беа мерени според референтната рамка на изведувачот.

Во моментов, во Казахстан еден од алтернативните методи за испитување колови е во процес на адаптација, што не дозволува недостатоци и статички и динамички испитувања – (RLT). Методот RLT овозможува до 10 испитувања колови дневно. Покрај тоа, тој е поекономичен од статичкото испитување колови. Споредбените графикони на статички и на RLT-испитувања добиени од проф. Матсумото ја истакнуваат веродостојноста на методот RLT (слика 8).

Слика 8. Споредба на резултати добиени со примена на статички и RLT-метод

НАПРЕДНИ ТЕХНОЛОГИИ

Во поглед на развојот на контролата на квалитетот на колови темели, треба да се нагласи дека во Казахстан сè повеќе во примена се методот на испитување интегритет на колови (Pile Integrity Test – PIT) и геомониторингот.

PIT е еден од недеструктивните методи за контрола на квалитетот на коловите. Овој метод овозможува анализа на континуитетот на сите видови колови (дупчени, побивни, инјектирани итн.). PIT се засновува врз теоријата за ширење бранови во цврсти материјали и е еден од современите методи за контрола на квалитетот што се користат низ целиот свет. PIT овозможува откривање дефекти на коловите: приближна должина на колот, ширење и собирање на пресекот на колот, модификација на почвените слоеви, хетерогеност на материјалот на колот, пукнатини во пресекот на колот, надворешен материјал во телото на колот. Предности на PIT се: 1) преносливиот уред е лесен за носење (еден оператор ќе може да тестира повеќе од 100 колови дневно, во зависност од условите на локацијата, обработката на главата на колот и пристапот до колот); 2) овој метод минимално влијае врз градежните активности на локацијата; и 3) нуди можност за откривање поголеми дефекти на почетокот на градбата. PIT има и некои ограничувања: рефлексијата на долниот дел понекогаш содржи грешки во зависност од состојбата на почвата и со него не може да се идентификуваат мали отстапувања на пресекот на колот (помали од 5 %). Според казахстанските стандарди се бара испитување на 60 % од дупчените и 50 % од побивните колови.

PIT овозможува откривање дефекти на колот: приближна должина на колот, проширување и стеснување на пресекот на колот, модификација на почвените слоеви, хетерогеност на материјалот на колот, пукнатини во пресекот на колот, надворешен материјал во телото на колот (види слика 9).

Слика 9. Фотографија и шема на испитување на интегритет на кол во Казахстан

Геомониторингот на слегнување темели е еден од методите за контрола на квалитетот што може да се спроведе во текот на градбата и по неа. Геомониторингот е индиректна контрола на проценката на поставувањето колови, со задача да води извештај за слегнувањата на избраните делови на градбата од најголем интерес за проучување. Геомониторингот започнува од почетокот на изградбата и овозможува идентификација на дефекти при изведба на темели. На слика 10 е прикажана зградата на Министерството за транспорт и врски.

Слика 10. Резултати на геомоноторингот на проектот на Министерството за транспорт и врски

Постојните стандарди за колови темели во Казахстан се застарени и треба што поскоро да се модернизираат. Во овој документ е даден краток опис на претстојните промени во концептот на проектирање колови темели.

Претставените аспекти на современа технологија на проектирање колови, вклучително и анализата со метод на конечни елементи, овозможуваат посигурно предвидување на носивоста и слегнувањето на колот што стана многу важно во фазата на идејни проекти за колови темели. RLT овозможува изведба до 10 колови дневно, што е многу поисплатливо од статичко пробно оптоварување и поавтентично од динамичко пробно оптоварување. RLT е вид на динамичко пробно оптоварување и е примерен за сите типови на колови, но не може да се користи во целост на градилиштата во Казахстан поради непостоење стандард.

Испитувањето на интегритет на колови (Pile integrity test – PIT) е во процес на официјално прифаќање во Казахстан. PIT е недеструктивен метод којшто овозможува контрола на квалитетот на телото на колот по неговото поставување, па дури и по долгогодишна употреба на објектот. Геомониторингот на слегнување на темелите претставува индиректна контрола на методот за процена на квалитетот на коловите и е сè поважен посебно при градење високи објекти.

ЗАКЛУЧОЦИ

Главните предности на методот O-Cеll се: широка применливост за колови со голема должина и дијаметар, посебно во лоши услови; можност за товарење колови со тешки товари со зголемување на бројот на приспособливи дигалки; поголема точност на резултатите поради отсуството на бабрење колови бидејќи не се применува системот за анкерување; поголема безбедност поради отсуството на реакциски систем на ниво на терен; eнергијата на пробниот товар се развива на задоволителна длабочина. Инженерите не мора да се потпираат врз тест колови со помали димензии поради високите трошоци за испитување колови со голем дијаметар со примена на традиционални методи.

Испитувањето на двонасочното оптоварување за висока носивост на коловите на инженерите им овозможува нова моќна алатка за проценка на карактеристиките на коловите и подлогата. Покрај тоа, примената на овој метод штеди средства и време, бидејќи нема потреба да се користат анкерни колови. Сепак, покрај добрите страни, постојат и некои ограничувања. Применетиот метод главно се користи за дупчени колови, а приспособливата дигалка и трансдукторот за мерење на поместувањата треба да бидат инсталирани пред испитувањето, додека по испитувањето, тие остануваат во колот.

Покрај недостатоците, главната предност на O-Cell е во тоа што може да помогне во определувањето на пресметаната отпорност на подлогата под долниот крај на колот и на неговата странична површина, што е мошне важно за анализа и процена на носивоста на колови со голем дијаметар.

PIT е недеструктивен метод кој е во процес на добивање одобрение во Казахстан и овозможува контрола на квалитетот на телото на колот веднаш по неговото поставување, па дури и по долгогодишна употреба на изградениот објект. Геомониторингот претставува индиректна контрола на процената на поставувањето колови и е сè поважен посебно во случај на повисоки градби.

Примената на напредни технологии за изведба на колови темели предизвика огромен економски ефект во градење мегапроекти во Казахстан. При реализација на овој проект за првпат во практика беше применет интегриран пристап кон проектирање, испитување и контрола на квалитетот на коловите темели. Овој интегриран пристап е гаранција за висококвалитетна и ефикасна градба. Тој треба уште да се развива и да најде поголема примена.

Позитивните искуства со него се во прилог на негово редовно практикување и инкорпорирање во Македонија.

Автори: Askar Zhussupbekov^a, Abdulla Omarov^a, Abilkhair Issakulov^a, Malika Nurgozhina^a,

Saltanat Mussakhanova^a

^a, L.N. Gumilyov Eurasian National University, Nur-Sultan, Kazakhstan

Петти симпозиум на Друштвото за геотехника на Македонија