ANALIZA PRZYCZYN AWARII OBWAŁOWAŃ POLA REFULACYJNEGO PODCZAS KONSOLIDACJI TORFÓW

Transkrypt

1 prof. dr hab. iż. ZYGUNT EYER e- mail: Zachodiopomorki Uiwerytet Techologiczy w Szczeciie Katedra Geotechiki, al. Piatów 5, 7-3 Szczeci ANALIZA PRZYCZYN AWARII OBWAŁOWAŃ POLA REFULACYJNEGO PODCZAS KONSOLIDACJI TORFÓW TE ANALYSIS OF FAILURE OF DIKE DURING CONSOLIDATION OF PEAT Strezczeie: W pracy przedtawioo aalizę waruków koolidacji torfu w podłożu pola refulacyjego a Otrowie Grabowkim w Szczeciie. W zczególości przeaalizowao tateczość wałów opakowych a refulowaym polu oraz przyczyę awarii wału opakowego a tym polu. Abtract: The paper preet the aalyi of coolidatio of peat i foudatio of hydraulic fill i Szczeci at Otrow Grabowki. The aalyi of dike tability together with coideratio of failure of the dike i alo preeted.. Wtęp Terey rozwojowe portu w Szczeciie obejmują obzar Otrowa Grabowkiego. Jet to półwyep, który utworzoy zotał przez odogi ujścia Odry. Tere te charakteryzuje ię tym, że zbudoway jet z grutów orgaiczych. Pierwotie miążzość torfów wyoiła ok. 4m do m. Nad torfami zajdowała ię wartwa aypowa o małej miążzości. W celu przygotowaia tego tereu pod przyzłe iwetycje, takie jak drogi dojazdowe, place kładowe czy termial koteerowy w otatich 5 latach przeprowadzoo licze prace refulacyje. W te poób a zaczej części Otrowa Grabowkiego koolidowao torfy. Wartwa refulatu poiada różą miążzość od do 6m. W efekcie polepzyły ię moduły ściśliwości torfu i aktualie wyozą od 6 do 9 kpa. Z uwagi a ciągle jezcze dużą miążzość wartwy torfu (awet 8m) bezpośredie poadowieie obiektów awet lekkich, wywołuje zacze oiadaie awet do,5m (ieraz więcej). W związku z tym podjęto decyzję o wykoaiu w wybraych miejcach kolejej koolidacji. Itiejąca już wcześiej wykoaa wartwa aypowa umożliwiała wykoaie wałów opakowych o zaczej wyokości (awet do 3,m). To z kolei miało przypiezyć zarefulowaie pola pozwalając a zalewaie wartwą pulpy o dużej głębokości. Podcza prac a jedym z odcików dozło do przerwaia wału opakowego. W pracy przeaalizowao prawdopodobe przyczyy awarii wału.. atematyczy opi zjawika Zjawiko koolidacji grutów łabych obciążoych wartwą aypową poiada bogatą literaturę. Teorię w tym zakreie przedtawił Terzaghi, a atępie badaia te były rozwijae przez de aaa, Wiłua, Lechowicza, eyera [,,4,5,]. Podtawową trudością

2 w aalizie proceu koolidacji jet opiaie jak zmieia ię moduł ściśliwości koolidowaego torfu w miarę jak zwiękza ię oiadaie. Do aalizy przyjęto zweryfikowaą dla waruków ujścia Odry metodę zapropoowaą przez eyera []. Wyik tej metody moża przedtawić w potaci wzorów, jak moduł ściśliwości oraz oiadaie torfów zależą od aprężeń wywołaych wartwą refulatu (aypową). Wzory te moża rówież toować przy obliczaiu dalzego oiadaia, jakie zotaie wywołae obciążeiem użytkowym. Schematyczie tay obciążeń i odkztałceń pokazao a ry. Ry.. Schemat obciążeia kolumy torfu Na ry. przyjęto atępujące ozaczeia: miążzość wartwy torfu iekoolidowaego; miążzość wartwy torfu koolidowaego obciążeiem ; miążzość wartwy torfu ścikaego dodatkowo obciążeiem ; wartości ozaczają odpowiedio moduły ściśliwości, atomiat ozacza odpowiedio porowatość torfu. W praktyce częto badaia miążzości oraz parametrów grutowych prowadzimy dla tau tj. po zakończeiu koolidacji wartwą aypową, która wywołuje obciążeie tau torfów. W takiej ytuacji zaczeie poiada zalezieie związku, który pozwoli a określeie parametrów torfu iekoolidowaego, czyli fazy. Podtawowa zależość opiująca te zmiay wyika z propozycji Glazera [3] ( ) ( ) e e - jet wkaźikiem porowatości torfu iekoolidowaego, e( ) e gdzie () - jet wkaźikiem porowatości torfu po wymuzeiu oiadaia ; atomiat - jet bezwymiarowym parametrem, który określamy a podtawie krzywej ścikaia torfu w edometrze. Zależość () moża przedtawić jako ( ) () Z drugiej troy a podtawie literatury Wiłu [5] przyjmuje ię związek pomiędzy zmiaami oiadaia i obciążeia jako

3 ( ) d d (3) Z zależości tych otrzymamy podtawowe wzory opiujące zmiaę modułu ściśliwości i oiadaia, jako fukcję obciążeia. Otrzymamy S oraz (4) ( ) (5) Badaia przeprowadzoe a próbkach torfu pobraych z Otrowa Grabowkiego wkazują, że z dotateczą dla celów praktyczych obliczeń dokładością, moża przyjąć parametr jako, 68 < < 83, W praktyczych obliczeiach ajczęściej przyjmuje ię, 75. Parametr te zależy główie od porowatości początkowej i dla torfów o porowatości, 66 mamy, 68, atomiat dla torfów o porowatości, 8 mamy, 83. Dokładą zależość aalityczą trudo jet utalić. Należałoby dodatkowo uwzględić topień rozłożeia oraz zawartość części mieralych w torfie. Wydaje ię rówież, że parametr te zależy od obciążeia. Dotychczaowe badaia wkazują a możliwość wykorzytaia poiżzej zależości w obliczeiach przybliżoych 8, (6) gdzie: [ kpa] - jet obliczeiem koolidacyjym. Zależość pomiędzy porowatością oraz moża określić w potaci przybliżoej (ry. ) Poadto z zależości geometryczych mamy S (7) (8) S

4 Jeżeli zae jet obciążeie wartwą refulatu, które powoduje miążzość, to możemy zapiać S (9) Jeśli zamy parametry torfu po pierwzej koolidacji:,,, to możemy obliczyć parametry torfu pierwotego (przed obciążeiem) cofając ię w obliczeiach tj.. Wtedy otrzymamy S i wtedy < () ożemy rówież obliczyć efekt drugiej koolidacji po wykoaiu kolejej wartwy przeciążającej oraz przyłożeiu w te poób dodatkowych obciążeń S oraz () Jeżeli po wykoaiu drugiej koolidacji przyłożymy obciążeia użytkowe p. od obciążeia budowlą, wówcza obciążeie to wywoła oiadaie S rówe S () W dalzej części pracy przedtawioo przybliżoą potać tego wzoru przy założeiu, że druga koolidacja zakończyła ię.

5 Plaowaie drugiej koolidacji ma a celu takie dobraie ciężaru akładki, aby dla plaowaych obciążeń, oiadaie powodowae tymi obciążeiami dodatkowymi S było miejze od dopuzczalych S < S dop. 3. Przykład obliczeiowy Dla waruków Otrowa Grabowkiego a podtawie badań laboratoryjych po pierwzej koolidacji otrzymao atępujące parametry torfu:, 68 ; 66kPa ; 75kPa ; 5, 5m. Przyjmując, że, 75 otrzymamy : S, 73m, co daje am 6, 3m oraz 55 kpa. Poieważ przedmiotem projektu jet budowa placu kładowego oraz drogi, przyjmując obciążeie użytkowe 5kPa otrzymamy oiadaie od tego obciążeia S, 4m. Jet to oiadaie za duże, dlatego potaowioo przeprowadzić drugą koolidację. Wykoao wartwę aypową o wyokości 3 4m z refulatu. Ozaczało to przyłożeie dodatkowego obciążeia 5kPa. Zakładając, że koolidacja druga zakończyła ię po wybudowaiu drogi lub placu maewrowego od obciążeia użytkowego dodatkowe oiadaie wyieie: S (3) po podtawieiu za 5kPa ; 6 kpa ; otrzymamy S, m. Ozacza to, że moża rozważać poadowieie bezpośredio tego rodzaju lekkich kotrukcji. 4. Obliczeie tateczości wału ołoowego Wykoaie dodatkowego adkładu a rozpatrywaym polu refulacyjym odbywało ię klayczie poprzez wykoaie wałów opakowych z materiału lokalego, a atępie wypełieie kwater urobkiem z pogłębiaia. Schematyczie a ry. pokazao przekrój poprzeczy przez wał opakowy, który miał łużyć do wykoaia adkładu.

6 Ry.. Przekrój poprzeczy przez wał opakowy poadowioy a aypie z refulatu Do obliczeia tateczości wału przyjęto, że poziom zalaia kwatery ięga koroy aypu oraz że iłą przeuwającą ayp jet apór poziomy wody a wał. Rówaie rówowagi a przeuw ma zaą potać: T G tgφ > W (4) gdzie: G jet iłą ciężkości wału z uwzględieiem wyporu wody, która przeiąka przez wał, W jet poziomym aporem wody a wał, atomiat T to iła tarcia w powierzchi poślizgu, a φ kąt tarcia wewętrzego grutu w poziomie ścięcia. Pozczególe iły kładowe wytępujące w rówaiu rówowagi (4) mają potać: G ( ) ( B m ) ( γ γ ) (5) W γ w (6) Po podtawieiu powyżzych zależości otrzymamy rówaie, a obliczeie wpółczyika pewości N wyoi N T W ( ) ( B )( γ γ ) w γ w w tgφ W rozpatrywaym przypadku wytąpiły atępujące waruki ścięcia (7) 3m ; B, m ; m ; 4% ; γ 3 6, 5kN / m ; γ 3 w kn / m ; o φ 6. Po podtawieiu otrzymamy N,96 co ozacza, że zotało przekroczoe kryterium ścięcia. oża rówież rozważyć kryterium ścięcia jako N i wtedy otrzymamy rówaie, które podaje jak ależy dobrać wymiary wału w przekroju poprzeczym aby zachować rówowagę. amy:

7 B N ctgφ m (8) γ ( ) γ w Wzór te pozwala przyjąć przekrój poprzeczy wału opakowego w zależości od założoego wpółczyika pewości N. W rozpatrywaym przypadku dla p. N,5 ależało przyjąć B 3, m. 5. Wioki 5.. W pracy przedtawioo aalizę waruków powtaia awarii wału opakowego podcza prac związaych z koolidacją grutów orgaiczych. 5.. Szczegółowej aalizie poddao efekt koolidacji, który miał doprowadzić do poprawy grutu łabego, tak aby obiekty liiowe moża było poadowić bezpośredio Okazuje ię, że dopiero po zakończeiu drugiej koolidacji moża uzykać takie wzmocieie grutów orgaiczych, że itieje możliwość bezpośrediego poadowieia obiektów lekkich o aciku od 3 do 5 kpa W pracy przeaalizowao rówież przyczyy awarii wału opakowego, który umożliwił wykoaie adkładu a kwaterze poprzez zalaie urobkiem z prac refulacyjych. Bezpośredią przyczyą było utrzymywaie ię przez długi okre czau wyokiego apełieia kwatery, co pozwoliło a uruchomieie mechaizmu ścięcia wału w podtawie. atematyczy opi tego przypadku przedtawioo w pracy Przeprowadzoe badaia zmiay parametrów grutowych torfu w wyiku koolidacji wkazują a potrzebę dalzych badań tereowych, które umożliwią głębzą weryfikację wzorów przedtawioych w rozdziale. W zczególości wydaje ię, że parametr jet fukcją i maleje w miarę wzrotu tych aprężeń, atomiat parametr, który wytępuje w tych wzorach jet więkzy od edometryczego modułu ściśliwości awet o 5%. Literatura. eyer Z.: Etimatio of Soil Parameter for Coolidated Layer. The Secod Iteratioal Semiar o Eviromet Protectio Regioal Problem, Kalmar Swede 99.. De aa E.J., Termeat R., Edil T.:Advace i Udertadig ad odellig the athematical Behaviour of Peat. A.A. Belkea, Rotterdam Glazer Z.: echaika grutów. Wydawictwo Geologicze, Warzawa Lechowicz Z.:Wpółczee kieruki badań grutów orgaiczych. Semiarium Naukowo- Techicze Wpółczee Problemy Geoiżyierii w Regioie Szczecińkim Wiłu Z.: Zary geotechiki. Wydawictwo Komuikacji i Łączości, Warzawa 987.