Deep soil mixing je metoda zlepšování základové půdy a sanace znečistěných zemin, která v posledním desetiletí prodělala významný rozvoj.
V loňském roce se ve Velké Británii konala konference věnovaná současnému stavu této technologie.
Stále častěji se v geotechnické praxi v oboru speciálního zakládání a ekologických staveb setkáváme s pojmem "Deep soil mixing" (DSM).
Jedná se o technologii zlepšování základové půdy, pro jejíž název sice dosud neexistuje ustálený český ekvivalent, ale která za uplynulé desetiletí prodělala ve světě výrazný rozvoj.
Na konferenci o použití DSM ve stavebnictví a ekologii konané v lednu 1999 ve Velké Británii zazněly příspěvky přibližující současný stav a možnosti této technologie.
Následující článek shrnuje základní principy technologie DSM a praktické poznatky a zkušenosti s její realizací.
Technologie DSM byla vyvinuta v Japonsku nejprve pro zabránění ztekucení podloží při zemětřesení, později se začala používat při výstavbě dočasných pažících stěn.
Principem metody je vnášení (injektáž) vlhkého pojiva do vrtu vnitřkem dutého průběžného spirálového vrtáku.
Injektáž se provádí jak při zavrtávání tak při vytahování spirály, proces zlepšení základové půdy probíhá in-situ bez vynášení zeminy na povrch a jejího odstraňování.
Poměr objemu inj. Typická hloubka úpravy 10 - max.
Metoda DSM umožnit vytvořit tzv. "zeminu s projektovanými vlastnostmi" - tj. zeminu s určenou pevností, tuhostí, propustností a chemickými vlastnostmi.
Avšak i přes dosažený technologický pokrok zbývá vyřešit stále mnoho otázek a neznámých, větších než jsou např. při realizaci pilot CFA nebo u tryskové injektáže.
Jedná se zejména o způsob řízení množství vnášeného pojiva a dále o značnou závislost konečného produktu na základových poměrech.
DSM není dosud technicky zralou technologií, a proto je zajímavé sledovat její vývoj na základě zkušeností získávaných postupně z již realizovaných staveb.
Účastníci konference prezentovali řadu zajímavých použití a zobecnění výsledků dosažených technologií DSM.
A. Vnesením pojiva do zeminy s nepříznivými fyzikálními parametry se zlepšují jejich přetvárné vlastnosti, zejména pevnost a únosnost, případně propustnost.
Na obrázku 1 jsou uvedeny praktické možnosti uspořádání sloupů DSM při zlepšování základové půdy.
Buňkové uspořádání sloupů o hloubce 10 m bylo např. použito pro zlepšení základové půdy pro založení pětipodlažní budovy na neúnosném podloží.
V prostředí neulehlých písků a písčitých siltů se celkové sedání stavby podařilo udržet na přijatelné hodnotě 30 - 100 mm.
Na obrázku č. 2 je zobrazeno rozsáhlé použití DSM jako pažící stěny dočasného pažení výkopu tunelu v Bostonu.
Pažící stěny z DSM se obvykle používají pouze jako dočasné, protože je u nich obtížné určit pevnostní charakteristiky a problematická je i plošná a vertikální stálost vlastností směsi zemina/pojivo.
Podle dosud uveřejněných výsledků z polních zkoušek činí běžně rozdíly v pevnosti v tlaku okolo 40%.
Výsledky dalších zkoušek ukazují značnou nehomogenitu výsledného produktu.
Například při zlepšování vlastností soudržné zeminy o cu = 55 kPa, kterou byl zasypán vytěžený lom, byl zásyp na hloubku 20 m nejprve spirálem předmíchán k zhomogenizování zeminy a poté promíchán pomocí DSM s cementovou směsí v poměru cement/zemina 0,2.
Neodvodněná pevnost zjišťovaná na základě stovek měření z různých hloubek činila od méně než 0,25 po 1,25 MPa.
Rozdílné jsou i pevnosti v jádru sloupu a na jeho styku se sousedním sloupem.
Zkouškami se zjistilo, že na styku je dosaženo pouze 70% pevnosti jádra.
Pevnost závisí i na čase zhotovení - po 6 dnech mezi zhotovením sousedních pilířů byla naměřena nulová styková pevnost.
Vliv na rychlost tvrdnutí má kromě času, charakteru zlepšované zeminy i použité pojivo a jeho množství - např. při použití popílků a sádry dochází k nárůstu pevnosti velmi pomalu.
Značný vliv na pevnostní charakteristiky má obsah organických hmot v zemině - překročí-li obsah humózních látek 2% je nárůst pevnosti jem velmi malý.
Velký problém pro širší využití DSM je nedostatečná podpora této technologie ucelenou metodikou pro její použití.
Jelikož je realizace DSM vysoce specifická pro jednotlivá staveniště, je extrapolace výsledků z různých míst velmi obtížná a jejich využití na jiném staveništi vyžaduje značnou obezřetnost.
Kvalitní projekt zlepšování vlastností zemin metodou DSM musí být založen na provedení rozsáhlého programu míchacích pokusů jak polních, tak laboratorních.
Výsledky pokusů ve formě výsledných pevností, propustnosti a životnosti zlepšení se určují pomocí statistických metod.
Při realizaci DSM je pak nezbytný podrobný monitoring se záznamy, které jsou obdobné jako při CFA (množství směsi, počet otáček, rychlost postupu atd.).
Nepostradatelnými jsou k závěrečnému vyhodnocení účinnosti DSM laboratorní zkoušky na odvrtech z dokončených sloupů.
Jelikož je hlavní složkou v procesu DSM zemina, která je vysoce proměnlivým materiálem, je nezbytné očekávat velkou proměnlivost výsledků.
Provádění DSM na kontaminovaných staveništích vyžaduje zvláštní pozornost.
Kromě vyhodnocení uvedených v předchozí kapitole se musí přistoupit k potřebnému monitoringu, který ověřuje účinnost prací z hlediska ochrany životního prostředí.
DSM se používá zejména pro stabilizaci a solidifikaci při odstraňování kontaminace na staveništi.
Přestože technologie DSM se používá jak pro stabilizaci tak pro solidifikaci, jedná se o dva odlišné postupy.
Stabilizací se pomocí reagentů chemicky převádějí rozpustné, snadno migrující a vyluhovatelné polutanty na stabilnější, méně pohyblivé a méně rozpustné sloučeniny.
Solidifikací se přidáním pojiv snižuje propustnost a zvyšuje celistvost zemin, čímž se fyzikálním způsobem zabraňuje přístupu rozpouštěcích činitelů, zejména vody, k vyluhovatelnému polutantu.
V závislosti na okolnostech může úprava znečištěných zemin pomocí DSM úspěšně splnit jeden výše uvedený proces, ale může selhat při zajištění druhého.
Výběr procesu úpravy záleží na požadavcích, které určují, čeho se má úpravou dosáhnout, a na vlastnostech upravované zeminy.
Obvykle je snazší ovlivnit fyzikální vlastnosti (pevnost, propustnost, vyluhovatelnost), ale mnohem obtížnější je snížit působení kontaminantů na prostředí.
Možnost snížit nepříznivé účinky na prostředí je dáno tím, zda kontaminant chemicky reaguje a vytváří méně rozpustné sloučeniny, zda lze kontaminanty absorbovat přimíchanými látkami a zda dojde k vytvoření hmoty s dostatečně nízkou propustností.
Při výběru parametrů stabilizace/solidifikace se musí vzít v úvahu všechny faktory, které mohou úspěšnost prací ovlivnit.
Proces musí splnit i další požadované vlastnosti a účinnost stabilizace/solidifikace musí být dlouhodobá.
Theoreticky lze použít různé reagenty a pojiva, ale k DSM jsou obecně vhodné zejména ty, které jsou založeny na systému cementace.
Nejběžněji se využívají : portlandský cement, směsné cementy, popílky, struska a vápno.
K vázání organických polutantů se před vlastní solidifikací používají absorbenty, jako např.
Praktické aplikace a příklady DSM
Na obrázku 1 jsou uvedeny praktické možnosti uspořádání sloupů DSM při zlepšování základové půdy.
Buňkové uspořádání sloupů o hloubce 10 m bylo např. použito pro zlepšení základové půdy pro založení pětipodlažní budovy na neúnosném podloží.
V prostředí neulehlých písků a písčitých siltů se celkové sedání stavby podařilo udržet na přijatelné hodnotě 30 - 100 mm.
Na obrázku č. 2 je zobrazeno rozsáhlé použití DSM jako pažící stěny dočasného pažení výkopu tunelu v Bostonu.
Pažící stěny z DSM se obvykle používají pouze jako dočasné, protože je u nich obtížné určit pevnostní charakteristiky a problematická je i plošná a vertikální stálost vlastností směsi zemina/pojivo.
Podle dosud uveřejněných výsledků z polních zkoušek činí běžně rozdíly v pevnosti v tlaku okolo 40%.
Rozdílné jsou i pevnosti v jádru sloupu a na jeho styku se sousedním sloupem.
Zkouškami se zjistilo, že na styku je dosaženo pouze 70% pevnosti jádra.
Instalace a provoz DSM
Při realizaci DSM je nutné provést rozsáhlý program míchacích pokusů, monitorovat množství směsi a rychlosti postupu a provést laboratorní zkoušky na odvrtech z dokončených sloupů.
Velmi důležité jsou i monitorovací záznamy o obsahu pojiva, složení směsi a hloubkových parametrech pro zajištění dlouhodobé životnosti zlepšené půdy.
DSM a sanace znečištěných zemin
Stabilizace/solidifikace je klíčová při odstraňování kontaminace na staveništi a výběr procesu závisí na charakteristikách kontaminantů.
Stabilizací se polutanty převádějí na méně mobilní formy, zatímco solidifikací se snižuje propustnost a zvyšuje integrita zeminy.
Multipolutantové znečištění je náročnější a často bývá vhodnější kombinovat metody, jako je fyzikální enkapsulace solidifikací.
Dobré je provést studie proveditelnosti zásahu, které obsahují přesně specifikované požadavky na výsledek a analýzu výsledků po provedení zásahu dle studie.
Geotechnický průzkum a projektová příprava
Geotechnický průzkum vychází z projektu průzkumných prací a má poskytnout údaje o geologických a hydrogeologických poměrech staveniště a jeho okolí.
Hlavním cílem je poskytnout technicky správný, ekonomicky přijatelný a časově i technologicky proveditelný návrh geotechnické konstrukce s redukcí geotechnických rizik.
Objem a hloubka průzkumu musí odpovídat typu a složitosti konstrukce a výsledky slouží jako podklad pro návrh a rozhodnutí o metodách založení.
Praktické kapitoly a poznámky o založení
Hlubinné zakládání v současnosti reprezentují pilotové základy a podzemní stěny; piloty nacházejí rozsáhlé využití pro přenos zatížení do hlubších vrstev.
Dělení pilot dle technologií, materiálu, velikosti, přenosu zatížení, počtu a polohy ukazuje, jak široká je škála realizací.
Podzemní stěny zřizují se buď pilotovými stěnami, nebo milánskými stěnami a slouží k těsnění a zajištění statiky.
Stavební jámy a jejich zajištění zahrnují světlovodné, pažené a štětovnicové metody spolu s odpovídajícím odvodněním.
Bezvýkopové technologie a moderní podzemní stavby umožňují realizaci projektů i v husté urbanizaci a pod hladinou podzemní vody.
Česká inspekce životního prostředí řeší množství podnětů k nakládání s odpadní výkopovou zeminou a rozlišuje nekontaminovanou zemi od kontaminované.
Zemina z brownfieldů vyžaduje zpětné zásypy a hodnocení rizik, pokud je kontaminovaná nad přirozené pozadí.
Bezpečnost, monitoring a legislativa
Stanovení svislé výpočtové únosnosti piloty a další statické řešení vyžaduje podrobné laboratorní i polní testy a modelování.
V rámci legislativy a standardů je důležité sledovat platné normy a vyhlášky a správně aplikovat národní dokumenty v nadstavbě evropských standardů.