Aleksandra Kiković1, Milan Ivetić2, Miloš Hranisavljević3

FUNDIRANJE ZIDOVA PALATE TVRDJAVE „GOLUBAČKI GRAD“ U GOLUPCU, METODOM „JET GROUTING“

Rezime:

Zbog brojnih okolnosti u kojima treba da se nalaze temelji za zidove buduće palate, kao i uslova za izvodjenje temelja, došlo se do rešenja izvodjenja metodologijom „jet grouting“. Pored stalnog prisustva vode i muljevitog tla (loših karakteristika), a u nivou su u kome bi se nalazila temeljna spojnica, nosivost i stabilnost takvog temelja se dovodi u pitanje. Stoga je odlučeno da se komplet tlo od nivoa dna budućih zidova palate zameni „jet grouting“ kolonama do same krečnjačke mase. Time bi tako zamenjeno tlo preuzelo ulogu temelja. Na delu gde postoji zid pristupilo se „poduhvatanju“ sa „“J.G.“kolonama do same krečnjačke mase.

Ključne reči: jet grouting, ojačanje temelja, izrada temelja, zid palate

PALACE WALLS FOUNDATION OF FORTRESS „GOLUBAČKI GRAD“ IN GOLUBAC, USING THE „JET GROUTING“ METHOD

Summary:

Due to the numerous circumstances in which should be based palace walls, as well as the conditions for the execution of the foundation, a solution that has been chosen is jet grouting method. With the constant presence of water and silty soils (bad characteristics), and the level in which fundamental hinge would be located, load capacity and stability of that fundation are a problem . Therefore, it was decided to replace the set ground level from future palace wall bottom to the limestone mass with "jet grouting" columns This replaced ground would be represent of foundation. At the part where wall exists, the „underpinning“of „J:G“.columns to limestone has been applied..

Key words: jet grouting, foundation reinforcing, making foundation, palace wall

1 Dipl.inž.gradj., „Novkol“ a.d., Surčinski put 1k 2 Dipl.inž.gradj., „Novkol“ a.d., Surčinski put 1k 3 Dipl.inž.gradj., „Novkol“ a.d., Surčinski put 1k

1 UVOD U PROBLEMATIKU

Po projektu rekonstrukcije i konzervacije tvrđave „Golubački grad“ na delu palate potrebno je dozidati fasadni zid ka Dunavu. Na nizvodnom delu palate prvobitno je potrebno oformiti (izraditi) temelj kako bi se sa njega moglo nastaviti zidanje, dok i temelj postojećeg zida koji nije fundiran na stenskoj masi treba ojačati (slika 1 ). Na delu izrade temelja trebalo je oformiti temelj koji prati zidove palate iz dva pravca. Svi ovi radovi odvijaju se u okviru toka reke Dunav, te je neophodno bilo primeniti tehničko rešenje koje je izvodljivo u datim uslovima. Nakon sagledavanja problematike, usvojena je metoda izrade temelja pomoću tehnologije „jet grouting“. U okviru dopune projekta revitalizacije tvrdjave „Golubački grad“-rekonstrukcija palate, priložena je usvojena tehnologija izvođenja radova na izradi i ojačanju temelja ispod zidova palate, koja će se izvesti metodom mlaznog injektiranja – jet grouting.

Slika 1 : Položaj zidova nekadašnje i buduće palate

2 OPIS TEHNIČKOG REŠENJA

2.1 PRIPREMNI RADOVI

Da bi se radovi mogli izvoditi, potrebno je bilo prethodno nasuti lokaciju i obezbediti pristup mašini koja izvodi radove. Nasip se izvodio od kamenog nabačaja ka toku reke Dunav, dok je u zoni formiranja kolona potreban nasip od mešavine šljunka. Ispod nasutog materijala je muljevito tlo, ispod koga zaleže stenska krečnjačka masa. Jet grouting kolone se izvode do gornje ivice stenske mase. Izvodjenje jet grouting kolona je vršeno sa kote terena tj. kote vrha nasipa( slika 2 ). Zbog nepristupačnosti za rad bagera i ostalih mašina za nasipanje sa strane drumskog saobraćaja, celokupno izvodjenje nasipa (doprema materijala,opreme..) je radjeno sa barže na Dunavu.

Slika 2 : Radni plato za izvodjenje jet grouting kolona od šljunčanog nasipa

2.2 OPŠTE O „JET GROUTING“ METODI

Jet grouting je savremena tehnologija geotehnike. U samom početku razvoja koristio se isključivo u funkciji poboljšanja mehaničkih karakteristika tla, tj. ojačanja tla. Jet grouting se može primenjivati u svim vrstama tla, od glina do krupnozrnih šljunkova nezavisno od granulometrijskog sastava i poroznosti. Osnovna karakteristika jet grouting-a je da se bušenjem do potrebne dubine pod visokim pritiskom u tlo injektira cementno mleko, koje se meša sa degradiranim tlom (usled velikog pritiska) i sa česticama tla (agregat) formira kolonu čije su čvrstoća i/ili propustljivost poboljšane u odnosu na postojeće tlo (slika 3).

Slika 3 : „Jet grouting“ kolone

Faze izvođenja jet grouting-a: - Bušenje do potrebne dubine. Najčešče se već i u fazi bušenja kroz alat za bušenje pušta

voda pod pritiskom da bi se u izvesnoj meri degradiralo tlo, što olakšava bušenje i poboljšava uslove za krajnje injektiranje,

Slika 4 : prva faza levo: bušenje, druga faza desno: injektiranje

- Pri dostizanju zadate dubine bušenja, kroz alat za bušenje se injektira cementno mleko i simultano rotira i podiže. Ovaj proces je unapred programiran, i vrši se automatski. Pritisak injektiranja je oko 400 bara. Kroz horizontalne mlaznice koje se nalaze iznad bušaće krune čestice jeta ističu brzinom od oko 200m/s. Kako se bušaća šipka i kruna tokom izvlačenja i injektiranja rotiraju, formira se homogeno cilindrično telo sastavljeno od injektiranog cementnog mleka i čestica tla. Oblik i veličina tela kolone zavise od zahteva projekta i mogu biti različiti u zavisnosti od pritiska injektiranja, brzine izvlačenja i rotiranja alata, vodocementnog faktora, kao i granulometrijskog sastava tla. Kolone se mogu izvoditi vertikalno, ili pod uglom. Sav materijal koji se koristi u procesu izrade jet grouting kolona (voda, cement i tlo) su prirodni materijali, koji nemaju negativan uticaj na okolinu i na nivo podzemne vode. Radijus dejstva jet kolone je u funkciji više faktora :

- radnog pritiska,

- vremena injektiranja, - smičuće čvrstoće tla, - prečnika mlaznica, - specifične težine cementnog mleka.

Tri osnovne metode mlaznog injektiranja: - monofluidna tehnologija (jet – 1), - dvofluidna tehnologija (jet – 2), - trofluidna tehnologija (jet – 3).

Jet 1 : U ovom postupku koristi se samo jedan fluid za razaranje i mešanje sa tlom. Najčešće je to cementno mleko koje se kroz mlaznice na šipki za bušenje pod velikim pritiskom (oko 400 bara) injektira u tlo, razara ga, a potom se meša sa in-situ tlom. Prečnik tela dobijenih ovom tehnologijom kreću se od 40 do 120 cm. Za čiste peskove dobijaju se veći prečnici, dok za gline najmanji. Jet grouting kolone izvedene na ovaj način su najhomogenijeg sastava, tj. imaju najveću čvrstoću. Oprema potrebna za izvođenje kolona monofluidnom tehnologijom:

- pumpa visokog pritiska, - hidraulička bušaća garnitura opremljena odgovarajućm tajmerom koji precizno kontroliše

korak podizanje monitora - mikser i agitator, - silos za cement.

Monofluidna tehnologija je najbrža, jer koristi jedan fluid, pa je samim tim i oprema nešto jednostavnija, i cena izrade niža. Po pravilu, ovaj postupak se koristi u nevezanom tlu.

Slika 5 : jet 1, sl. levo(cementna emulzija); jet 2, sl. desno(cementna emulzija i vazduh)

Jet 2 : Korišćenjem specijalnih šipki sa dvostukim mlaznicama (jedan kanal za ubrizgavanje cementnog mleka, a drugi za vazdušnu struju) dolazi do udruživanja dve kinetičke energije : cementnog mleka i vazdušne struje. Ovim postupkom radi se na većim dubinama, i dostižu se veći prečnici nego monofluidnom tehnologijom. Obično prečnik kolona izvedenih dvofluidnim postupkom iznosi od 100 – 180 cm, ali su manjih čvrstoća, zbog prisustva vazduha koji stvara šupljine u telu. Oprema za izvođenje ovom tehnologijom obimnija je nego oprema kod

jednofluidnog postupka. Izmedju ostalog potreban je i kompresor koji bi davao potreban pritisak vazduha. Jet 3: U ovom slučaju potrebna je burgija sa tri nezavisna kanala. Pored cementrne emulzije i vazduha koji se ubrizgavaju dvofluidnom tehnologijom, postoji i treći fluid – voda pod pritiskom od 200-500 bara. Postoji odvojen set mlaznica za vodu i vazduh, a ispod njih set mlaznica za upumpavanje injekcione mase. Molekuli vazduha obavijaju vodeni mlaz, i dolazi do “airlifting” efekta – vazduh seče tlo. Zatim se cementno mleko pod manjim pritiscima (30-70 bara) injektira u stvorene šupljine i popunjava ih. I ovde dolazi do superpozicije sve tri kinetičke energije. Ovim postupkom dobijaju se veći prečnici nego kod dvofluidnog postupka, za peskovita tla 150-250 cm. Ova tehnologija je najkompleksnija i zahteva dodatnu opremu. Jet grouting parametri koji se određuju, zavise od zahtevanih karakteristika gotovih kolona, karakteristika tla i izabrane tehnologije izvođenja. Glavni jet grouting parametri su:

- brzina povlačenja garniture ka površini, - brzina rotacije garniture. - pritisak injektiranja, - količina cementa, - vodocementni factor, - broj i prečnik mlaznica, - pritisak vazduha

Čvrstoća elemenata zavisi od sledećih faktora: - vodocementnog faktora (W/C ↑, čvrstoća ↓), - sadržaja cementa (C ↑, čvrstoća ↑), - vrste postupka (monofluidni, dvofluidni, trofluidni), - vrste i granulometrijskog sastava tla,

Na sledećoj slici su prikazane procenjene očekivane vrednosti čvrstoće tla stubova za odgovarajuće vrste tla:

Slika 6 : čvrstoće „J.G.“ kolona u zavisnosti od vrste tla u kojem se radi i sadržaja cementa

2.3 FUNDIRANJE ZIDOVA PALATE „JET GROUTING“ METODOM

Iz razloga ekonomičnosti, dinamike, kao i geoloških uslova, za temeljenje zidova palate Golubačke tvrdjave usvojena je metodologija dvofluidnog „jet groutinga“, koja će stvarati prečnike kolona minimum od 1m (slika 7). Tlo u kome se vrši jet grouting se sastoji od aluviona muljevitog peska, peskovitog sljunka i šljunkovitog peska. Na delu „ojačanja“ temelja ispod postojećeg zida jet grouting metodom se odlučilo na takav pristup u vidu blago zakošenih jet grouting kolona zbog pretpostavke da taj zid nije oslonjen na stensku masu kao ni temeljen. Tačnije, prvi graditelji zidova palate su zid oslanjali na kamene nabačaje koji su davali dobar vertikalni oslonac. Pretpostavlja se da je upravo iz razloga takvog „temeljenja“ došlo do kolapsa zidova, odnosno cele palate. Bušeći neposredno ispod postojećeg zida pod uglom od 5° upravo se nailazilo na kamenje kroz i pored koga se moralo proći „krunom“ za bušenje, sve do kontakta sa krečnjačkom masom. Kada se došlo do krečnjačke mase, podizanjem na gore i istovremenim injektiranjem cementne emulzije (jet gouting) vršio se poduhvat postojećeg zida. Jet grouting kolone ispod postojećeg zida palate (na delu ojačanja temelja) imaju funkciju poboljšanja mehaničkih karakteristika tla ispod temelja. Izvodile su se na razmaku od 1,0m sa obe strane zida pod blagim zakošenjem od 5°(slika 7). Kolone, kao što je rečeno, formiraju se do gornje ivice stenske mase (slika 8 levo )

Slika 7 : Dispozicija „jet grouting“ kolona (šrafirane prestavljaju kolone u koje se ubacuju čelične cevi)

Slika 8: Presek b-b, sl. levo ( ojačanje temelja); Presek a-a, sl. desno ( izrada temelja)

Na delu izrade temelja izvelo se bušenje kolona u više redova, sa preklopom, kako bi oformili podlogu za budući zid minimalne širine 2,5m. Opet se sa bušenjem išlo do stenske mase i odatle na gore sa samom izradom jet grouting kolona (slika 8 desno). Kao i na delu ojačanja temelja i ovde se na većim dubinama tokom bušenja nailazilo na odlomke kamenja. Ove kolone izvodile su se vertikalno, na razmaku od 80cm, u prečniku od 100cm ( Slika 7).

2.4 OSTVARIVANJE VEZE SA ZIDOM PALATE

Kako bi temelj ostvario vezu sa zidom iznad, u pojedinim kolonama na delu izrade temelja se nakon same izrade ugrađivala čelična cev (Slika 7). Ove cevi zaležu u stensku masu 2,0m, i prepuštene su sa gornje strane 0,5m, za vezu sa budućim zidom (Slika 8, desno). Bušenje pre same ugradnje cevi se vršilo takozvanim dubinskim čekićem koji ostvaruje bušotinu u prečniku od 90 mm. Da bi dubinski ćekić mogao da dejstvuje duž bušotine treba da ima odredjeni otpor podloge. S tim u vezi kolone u kojima su se ugradjivale čelične cevi su radjene u potpunosti ( do vrha nasipa) kao jet grouting kolone, pošto se i bušenje, kao i ugradnja cevi vršila sa kote radnog platoa. Kao dokaz uspešno izvedenih jet grouting kolona je i njihova čvrstoća koja je omogućila nesmetan rad dubinskog čekića duž bušenja u vidu dovoljnog otpora. Nakon bušenja kroz jet grouting kolone i krečnjak ubacivale su se cevi i vršilo injektiranje cementnom emulzijom. Ceo gore navedeni postupak ostvarivanja veze temelja sa budućim zidom se može prestaviti u tri faze (slika 9).

Slika 9: Tri faze opisivanja postupka ostvarivanja veze temelja sa budućim zidom

Slika 10: Bušenje sa dubinskim čekićem

3 ZAKLJUČAK

Pretpostavka o uspešnom i efikasnom izvršenju posla izrade i ojačanja temelja za zidove palate tvrdjave Golubački grad u datim (otežanim) uslovima sa jet grouting metodom je bila opravdana. Naime celokupno izvodjenje je vršeno sa kote terena, tj. kote vrha nasipa, bez kakvog podgradjivanja zbog dotoka vode. Vremenski period za koji su svi radovi izvršeni je daleko manji od onog kojeg bi zahtevala druga potencijalna rešenja. Sam odabir dvofluidnog sistema jet grouting tehnologije se pored efikasnosti ispostavio i ekonomičniji (manje bušotina, manje vremena...).

Slika 11 : Bušaća garnitura Casagrande „C6“(gore levo na sl.) na koju se „kače“ creva sa dotokom fluida cementne emulzije i vazduha(od kompresora: dole levo na sl.)

LITERATURA

1 Arhiva Novkol ,

2 Projekat revitalizacije tvrdjave „Golubaki grad“ ,