Injektážní tlak a jeho aplikace v geotechnice: Od hydroizolace po zpevnění podloží

Injektážní tlak je klíčovým prvkem v mnoha geotechnických aplikacích, od hydroizolace stavebních konstrukcí až po zpevňování základové půdy a kotvení staveb. Pochopení principů a metod, které využívají injektážní tlak, je zásadní pro efektivní a bezpečné inženýrské řešení.

Tlakové injektáže pro hydroizolaci betonu

Tlakové injektáže s polyuretanovou pryskyřicí se používají hlavně pro hydroizolaci betonu proti tlakové vodě. Výhodou tlakové injektáže je její výborná hydroizolační funkce, kterou se dosáhne polymerací injektážního polyuretanu s vodou obsaženou ve vlhké konstukci. Při tomto procesu dochází k několikanásobnému rozpínání. Tlakovou injektáž provádíme pomocí tlakového čerpadla a pakrů osazených do injektážních vrtů ø 12-14 mm ve vzdálenosti 100 - 150 mm od sebe, toto rozmezí je dáno stavem vlhkosti, materiálovým složením a vazbě zdiva. Standardně používaný tlak je 10 - 40 MPa.

Tlakovou injektáž je možné využít v betonovém, cihelném, kamenném či pórobetonovém zdivu. A to i v horizontálních úrovních podlah či terénů. Lze ji také použít v případě řešení plošného zdiva pod úrovní terénu.

Roztlačovací injektáž pro zpevnění podloží

Roztlačovací injektáž spočívá ve vstřikování do půdy směsi cementu a zeminy pod optimálním tlakem. Injektáž probíhá ve dvou fázích: injektáž otvoru nejčastěji přechází do roztlačovací injektáže, která je prováděna pod dostatečně vysokým tlakem (1-7 MPa) a způsobuje vznik pevných těles různého objemu. Kromě toho způsobuje injektáž zhutnění okolní půdy pomocí jejího roztlačení.

K provádění zpevnění podloží v technologii sloupců ISR se používají injektážní trysky a speciálně připravená injektážní směs s plastickou konzistencí. Před zahájením práce je nutné na zkušebním pozemku určit technologické parametry, jako například: poměr objemu jednotlivých složek injektážní směsi, maximální tlak injektáže a síť pracovních stanovišť. Během provádění prací se průběžně sleduje objem vstřikované směsi. Tato technologie může být využita všude tam, kde se pod povrchem terénu nacházejí půdy s průměrnými nebo příznivými parametry a pod nimi se nacházejí neúnosné půdy.

Čtěte také: Vše o okrasném štěrku Kolín

Klasicky se tato metoda používá především pro zhutnění nesoudržných kyprých půd (písek, štěrk), ale dobře se osvědčuje také v soudržných, organických a antropogenních půdách a vytváří prvky s vysokou únosností a tuhostí. Sloupce můžou být vytvořeny také ve velmi mokrých půdách. Metoda roztlačovací injektáže se používá pod základy stávajících budov, kdy je nezbytné zvýšit únosnost podloží nebo omezit sedání, pod základy speciálních budov v místech, kde existuje riziko vzniku ztekucení půdy a jako tuhá výplň v místech, kde se nacházejí dutiny a kaverny různého typu.

Srovnání injektážních tlaků

Následující tabulka ukazuje standardně používané tlaky pro různé typy injektáží:

Typ injektáže Standardní injektážní tlak
Tlaková injektáž s polyuretanovou pryskyřicí (hydroizolace) 10 - 40 MPa
Roztlačovací injektáž (zpevnění podloží) 1 - 7 MPa

Injektované horninové kotvy

Injektované horninové kotvy jsou prvky speciálního zakládání staveb, jež přenášejí tahové síly z kotvené konstrukce do základové půdy. Zemní a horninové kotvy jsou prvky speciálního zakládání staveb, kterými se přenášejí tahové síly z konstrukce do základové půdy. Skládají se z kotevní hlavy, volné délky a kořenové (kotevní) délky, jež je do základové půdy upnuta prostřednictvím injektáže; proto se často souhrnně nazývají injektované horninové kotvy. Alternativní systémy, jako jsou např. tahové piloty a mikropiloty, zavrtávané kotvy bez injektáže, rozpínací svorníky a táhla, se za výše definované kotvy nepovažují.

Pro navrhování kotev platí obecná ustanovení ČSN EN 1997-1: Navrhování geotechnických konstrukcí - 1. část: Obecná pravidla, pro provádění, a monitorování kotev platí ČSN EN 1537: Provádění speciálních geotechnických prací - Horninové kotvy. Na obr. 1 je schéma injektované horninové kotvy s pojmenováním hlavních komponentů. Tak jako i jiné prvky hlubinného zakládání staveb, procházejí kotvy neustálým vývojem, což ztěžuje snahu o podání ucelených, a po dlouhou dobu platných informací.

Vrty pro kotvy jsou většinou šikmé a jejich sklon se udává ve stupních od vodorovné. Průměr vrtu navrhne projektant v závislosti na požadované únosnosti a typu kotvy a na geotechnických podmínkách na staveništi. Při provádění je třeba zabránit zavalení vrtů během vrtání i ukládání zálivky a kotevního táhla; proto se vrty velice často paží. V případě extrémně dlouhých vrtů bývá problém s jejich vyplachováním; proto je přípustné vrty prohloubit o jistou délku, v níž se usadí vrtná drť. V jednotlivých druzích základové půdy je třeba volit vhodnou technologii vrtání.

Čtěte také: Kde sehnat bílý štěrk v Královéhradeckém kraji

Kotvy se na stavbu dovážejí většinou jako polotovary v různém stupni dokončení (podle druhu), na stavbě se kompletují a ukládají do vrtů. Kotvy jsou zvláště náchylné na poškození v průběhu nakládání, transportu a skladování, kdy je nebezpečí, že dojde k poškození protikorozní ochrany i kořenové části kotvy. Mimořádně náročné je ukládání dlouhých kotev do vrtů, kdy je zapotřebí množství pracovníků pro manipulaci s kotvou, popř. speciálních přípravků.

Před osazením kotevního táhla musí být vrt zkontrolován, zda v něm nejsou překážky, je-li dostatečně dlouhý a dokonale vyplněný zálivkou. Pro montáž dočasných pramencových kotev na staveništi se obyčejně nejprve připraví manžetová trubka, jež je tvořena PVC trubkou Ø 32/3,6 mm, v kořenové části s injektážními otvory Ø 6 mm, překrytými gumovými manžetami. Vzdálenost manžet (etáží) je 500 mm. První etáž je zpravidla umístěna 250 mm nad koncem kotvy. Na manžetovou trubku se navlékají rozpěrky (centrátory), jež mají na obvodu vybrání pro osazení jednotlivých pramenců. Centrátory mají zajistit polohu táhla kotvy ve vrtu, tedy zajistit krytí táhla cementovou suspenzí. Jejich vzdálenosti závisejí na tuhosti a hmotnosti kotvy a jsou mezi 1-3 m. Kotvy se opatřují dále deviačními kroužky, jež zajišťují správnou polohu pramenců v kotevní objímce, popř. přechod z volné délky do kořenové části.

Kotva prochází zpravidla kotvenou konstrukcí prostřednictvím průchodky, což je většinou ocelová trubka, trvale do konstrukce zabudovaná. Její průměr je volen s ohledem na skutečnost, že vrtání probíhá většinou skrz zabudovanou průchodku (typická průchodka je z trubky profilu 168/3,6 mm). Průchodka bývá ukončena ocelovou roznášecí deskou z plechu 30 mm o rozměru 290/290 mm, jež je součástí hlavy kotvy. Roznášecí deska bývá zabudována spolu s průchodkou. Vlastní kotevní hlava je ocelový výrobek, přizpůsobený především v případě pramencových kotev počtu pramenců. V případě tyčových kotev je kotevní hlava tvořena speciální deskou s půlkulovým vybráním pro usazení speciální matice.

Technologie vrtání maloprofilových vrtů pro injektáže a kotvy

Technologie vrtání maloprofilových vrtů je prakticky shodná pro výrobu mikropilot, kotev a pro klasickou i tryskovou injektáž. Maloprofilové (někdy se uvádí též středněprofilové) bezjádrové vrtání, jež se pro tyto prvky používá, se odlišuje významně od vrtání rotačně náběrového, případně drapákového hloubení, jež je typické pro vrtané piloty, popř. pro podzemní stěny. V současné době používané vrtné soupravy jsou plně hydraulické, montované na housenicovém podvozku a mají lafetu, která umožňuje provádět vrty prakticky pod libovolným sklonem s velkou produktivitou, jež je dána jednak dlouhými pasy vrtných trubek, jednak mechanickým zásobníkem vrtných trubek, což práci usnadňuje a zrychluje. Maloprofilové vrty pro mikropiloty, kotvy, hřebíky, injektáž a tryskovou injektáž se provádějí většinou jako bezjádrové, neboť požadavek na kontinuální odběr jádra by vedl k významnému snížení rychlosti vrtání a zdražení příslušných prvků. Technologie vrtání se volí především s ohledem na konkrétní geotechnické podmínky na staveništi, ve vztahu k dimenzím a druhu geotechnické konstrukce a s ohledem na charakter stavebního objektu.

Typy rotačního vrtání

  • Rotační vrtání spirálem za sucha

    Rotační vrtání spirálem za sucha je vhodné pro vrty v jemnozrnných zeminách tuhé až pevné konzistence a ve zvětralých poloskalních horninách, kdy vyvrtaný materiál je vynášen spirálem na povrch. Vrtné soupravy musí disponovat dostatečným krouticím momentem. Při práci v pevných jílech lze odpor při vrtání a tření snížit přidáním malého množství vody (do 10 l/min.) k břitu vrtáku; je však třeba sledovat rychlost postupu vrtání, aby nedošlo k výrazné změně konzistence vrtaných zemin. Průběžné spirálové vrtáky se nastavují v pasech délky většinou 1,5 m.

    Čtěte také: dodávka štěrku a kameniva v okolí Kolína

  • Rotační vrtání na plnou čelbu

    Rotační vrtání na plnou čelbu je jednou ze základních metod provádění maloprofilových vrtů v zeminách a měkkých horninách (do třídy R4). Hlavními používanými nástroji jsou listová a valivá dláta (obr. 2). Listová dláta s přibírkovými stupni (2 nebo 3břitová) jsou vhodná v měkkých horninách, jako v jílovcích, břidlicích, měkkých pískovcích apod. Valivá dláta se používají ve všech typech hornin, je však třeba zvolit vhodný druh dláta a správný režim vrtání. V měkkých horninách se používají dláta zubová (s vysokými zuby), kdy vhodné otáčky nástroje jsou 70-180 ot/min. a přítlak 3,6-10,8 kN/cm obvodu nástroje. V horninách R5-R3 jsou vhodná i roubíková dláta (s vysokými roubíky ze slinutých karbidů) při režimu vrtání: 50-70 ot/min., p = 3,6-8,0 kN/cm obvodu. Čím jsou horniny tvrdší, tím je třeba používat nižších zubů, popř. nižších roubíků, a volit větší přítlak při nižších otáčkách. V hrubých štěrcích se vrtá dlátem s roubíky při malém přítlaku.

Výplachové metody

Vrty se provádějí výjimečně nepažené se vzduchovým výplachem, většinou však pažené a vyplachované vodním, jílovým a jílocementovým (zcela výjimečně pěnovým) výplachem. Jílový (bentonitový) výplach má prakticky stejné složení jako jílová pažicí suspenze, používaná pro pažení vrtaných pilot. Příkon suspenze musí být takový, aby mezikružím mezi vrtnými trubkami a stěnou byl vrt dostatečně vyplachován od vrtné drti. Příkon bývá (podle průměru vrtu) 150-300 l/min., při výstupní rychlosti asi 0,2 m/s. Nejtypičtější je ovšem výplach jílocementový, jenž se používá v nestabilních zeminách (písky, štěrky) a horninách. Vyrábí se v rozplavovači objemu 4-7 m3 a přečerpává se do nádrže umístěné pod čističkou, kam přitéká pročištěný výplach z vrtu. Vlastní čistička se skládá z vibrosít o velikosti ok 1,6 x 1,6 mm, kde je výplach zbavován vrtné drti. Do vrtů se čerpá výplachovým čerpadlem dostatečné kapacity (výkon nejméně 200 l/min., tlak 2,5 MPa). Pěnový výplach se používá tam, kde je nedostatek vody, neboť její spotřeba je až 7x menší než u ostatních kapalinových výplachů. Vyrábí se z vody a pěnidla ve speciálním zařízení.

Rotačně příklepné vrtání

Rotačně příklepné vrtání je v současné době zřejmě nejrozšířenější metodou a používá se v tvrdých horninách, kde není třeba pažit, a ve štěrcích, balvanitých zeminách a ostatních horninách (kromě měkkých až tuhých soudržných zemin), kde se průběžně paží ocelovými spojovatelnými pažnicemi (systém Duplex). První způsob je známý např. z vrtů pro rozpojování hornin a v lomařství. Vrtná drť je vynášena mezikružím na povrch pomocí stlačeného vzduchu vyráběného v kompresorech. Podle průměru vrtu je jeho spotřeba 10-20 m3/min., proto je mnohdy třeba vzdušník. Vlastní kladivo je horní nebo ponorné. Vlastní nástroj je tvořen korunkou křížovou nebo roubíkovou, jež na dno vrtu klepe a současně se otáčí. Rychlost vrtání závisí na otáčkách a na přítlaku. Ukazuje se ovšem, že při zvyšujících se otáčkách (za konstantního přítlaku) se rychlost vrtání zvětšuje jen do určité míry, pak klesá. Při vrtání systémem Duplex, při němž se dosahuje nejvyšší produktivity práce, je současně se spodovým (ponorným) kladivem do vrtu zatahována kolona pažnic ukončená vrtnou korunkou (většinou roubíkovou), přičemž vlastní dláto má konstantní předstih před pažnicí. Obojí se potom nastavuje v jednom dílu, což při větších průměrech nástroje a vrtné soupravě nevybavené mechanickým či automatickým podavačem trubek činí velké potíže, neboť značná hmotnost této kolony prakticky brání ruční manipulaci. Proto je vrtání systémem Duplex typické pro velké vrtné soupravy, nikoliv pro stísněné podmínky práce např. ve sklepích.

Zálivka a injektáž kořene kotev

Bezprostředně po dokončení vrtu a jeho vyčištění se vrt vyplní zálivkou. V případě vrtání na vodní, jílový nebo jílocementový výplach se provede výměna výplachu za zálivku. Ta se může do vrtu čerpat přes vrtné nářadí, jinak se čerpá pomocí PVC trubky Ø 50/3,8 mm zasunuté na dno vrtu. Zálivka pro kotvy se používá cementová o složení c : v = 2,2 : 1. Na 1 m3 zálivky se dávkuje 1 175 kg cementu CEM II/A-S a 535 l vody. Míchá se v aktivační míchačce, přepouští se do pomaluběžné míchačky a zpracovat se musí do 3 hodin.

Do takto vyplněného vrtu cementovou zálivkou se zapouští smontovaná a připravená kotva, jež je zbavena nečistot a odmaštěna, aby nebyla snížena přilnavost k cementovému kameni. Současně se zajistí krytí cementovou zálivkou, jehož minimální velikosti jsou stanoveny podle tabulky.

Únosnost kotev závisí zejména na jejím upnutí do okolní základové půdy v oblasti kořene. Tohoto upnutí se dosáhne injektáží kořene kotvy. Při injektáži nejde tedy o proinjektování okolní zeminy (např. za účelem jejího zpevnění, či snížení propustnosti, jak je tomu u klasické injektáže), účelem je dosáhnout roztržení zálivky a její roztlačení radiálním směrem za pomocí injektážní směsi tak, aby byla kotva upnuta do okolního prostředí. Injektuje se tedy zpravidla menším množstvím injektážní směsi, přičemž typické jsou opakované reinjektáže. Konečný injektážní tlak je tedy předepsán v projektu a k jeho dosažení je často nutná, podle druhu základové půdy, injektáž ve více fázích.

Injektuje se zásadně vzestupně, od nejspodnější etáže k vrchní etáži kořene, pomocí dvojitého necirkulačního obturátoru, jehož schéma je na obr. 3a), upnutého na příslušnou etáž, a to v manžetové trubce. Princip injektáže pomocí této manžetové trubky je znázorněn na obr. 3b). Vlastní necirkulační obturátor se v poslední době používá zásadně rozpínatelný pneumaticky, popř. hydraulicky. Injektuje se cementovou suspenzí o stejném složení jako je cementová zálivka, tedy c : v = 2,2 : 1. Při použití cementu CEM II/A-S (tř. 42,5N) lze zahájit injektáž za 12 hodin po osazení výztuže, při použití jiných cementů, popř. malty, je třeba tuto dobu stanovit podle nároků.

Protikorozní ochrana kotev

Kotvy jsou mimořádně štíhlé ocelové prvky, u nichž musí být zajištěna protikorozní ochrana, přičemž neexistuje jednoznačný způsob pro zajištění této ochrany v daném geotechnickém prostředí. V zásadě se rozlišují dva stupně této ochrany, jež odpovídají životnosti kotev. V případě dočasných kotev musí tato ochrana spolehlivě působit po dobu nejméně 2 let. V případě trvalých kotev se realizuje tzv. sekundární ochrana, přičemž principem je, že nejméně jedna souvislá vrstva z materiálu zabraňujícímu korozi, jež nepodléhá degradaci během celé životnosti kotvy, musí tvořit kotevní ochranu. Příklady této ochrany jednotlivých komponentů kotvy jsou v tab. 1.

Všechny instalované táhla by měla být opatřena nejméně 10 mm krytím cementovou injekční směsí ke stěně vrtu. Ochranný systém by měl mít nízké tření a umožnit tak pohyb táhla uvnitř vrtu. Povlaková trubka volné délky táhla může být utěsněna k podkladní/kotevní desce, nebo kovová či plastová trubka může být k podkladní desce přivařena nebo s ní spojena. V současné době se u nás provádějí prakticky pouze kotvy s kořenem taženým. Injektuje se cementovou suspenzí c : v = 2,2 : 1 až 2,3 : 1. Při injektáži je třeba protrhnout zálivku a prostřednictvím injektáže ji roztlačit proti stěnám vrtu.

Ověření a příklady ochranných systémů

Všechny systémy protikorozní ochrany se podrobí zkoušce (zkouškám) k prokázání účinnosti systému.

  1. Možnosti ochrany:

    • jednoduchou ohebnou plastovou povlakovou trubkou, obsahující tyčové táhlo nebo táhla předinjektovaná cementovou injekční směsí.
    • jednoduchou ocelovou nebo ohebnou plastovou manžetovou trubkou s tloušťkou stěny nejméně 3 mm, obklopenou nejméně 20 mm krytím cementovou injektážní směsí, injektovanou pod tlakem nejméně 500 kPa v etážích o délce nejvíce 1 m. Mezi návlekem a táhly je nejméně krytí 5 mm.
    • jednoduchou ohebnou ocelovou trubkou (stlačitelnou), těsně obklopující tukem nakonzervované ocelové táhlo.

  2. Ochranný systém umožňuje volný pohyb táhla uvnitř vrtu. Toho může být dosaženo jedním z následujících způsobů:

    • plastový povlak na jednotlivém táhlu zcela vyplněný pružnou protikorozní výplní v kombinaci s řešením typu A, B, C nebo D uvedenými níže;
    • plastový povlak na jednotlivém táhlu zcela vyplněný cementovou zálivkou v kombinaci s řešením typu A nebo B uvedenými níže;
    • společná plastová povlaková trubka pro vícečetné táhlo zcela vyplněná cementovou zálivkou v kombinaci s řešením typu B.

    Konkrétní typy řešení:

    • A. společná plastová povlaková trubka, vyplněná pružnou protikorozní výplní;
    • B. společná plastová povlaková trubka, utěsněná na koncích proti vniknutí vody;
    • C. společná plastová povlaková trubka, vyplněná cementovou zálivkou;
    • D. společná ocelová trubka, vyplněná hustou cementovou zálivkou.
  3. Ke kotevní hlavě je přivařeno nebo je s ní pevně spojeno natřené hrdlo z ocelové nebo plastové trubky.
  4. Natřené nebo galvanizované kovové víko s minimální tloušťkou stěny 3 mm, nebo pevné plastové víko s minimální tloušťkou stěny 5 mm, se připevní na podkladní desku a, pokud je odnímatelné, je vyplněno pružnou protikorozní hmotou a utěsněno plochým těsněním.

Injektáž trhlin

Při ohledávání stavby je velmi nezbytné zvážit důvody, které vedly ke tvorbě trhlin a čeho se má jejich injektáží docílit. Trhliny, které vznikly díky korodující výztuži (nebo jinými zakotvenými železnými předměty) a rozpínáním, by injektážními technikami opravovány být neměly. Přijatelné řešení je to pouze tehdy, jde-li o krátkodobé řešení (na jeden nebo dva roky). Proces zahrnuje použití nízkoviskózní pryskyřice s dlouhou dobou zpracovatelnosti, pryskyřice se zde chová jako klín.

tags: #co #je #injketazni #tlak #sterk

Oblíbené příspěvky: