Kolumny DSM co to jest?

Kolumny DSM (deep soil mixing) jest to technologia wzmocnienia gruntu opierająca się o cementację i stabilizację. Polega ona na mieszaniu gruntu ze spoiwem np. cementem lub wapnem, a także popiołami, żużlami oraz gipsem. Mogą być to zarówno spoiwa suche jak i zaczyny. Suchy materiał podawany jest za pomocą sprężonego powietrza, najczęściej ma zastosowanie w gruntach o dużej wilgotności. Jednak bardzie popularną metodą jest mieszanie gruntu na mokro. W celu zwiększenia szczelności stosowane są dodatki mączki wapiennej lub bentonitu. Mieszanie to odbywa się bezpośrednio na budowie.

W procesie mieszania utworzone są pionowe kolumny przenoszące pionowe obciążenia na grunt, ale także siły poziome w przypadku zabezpieczeń wykopów lub wykonywania szczelnych palisad – przesłon. Tu warunkiem jest zastosowanie zbrojenia kolumn.

Sprzęt potrzebny do wykonywania kolumn

Do wykonania kolumn DSM potrzebny jest cały ciąg technologiczny, w jego skład wchodzą:

• Silos na cement lub inny materiał sypki,
• Zbiornik na wodę – w przypadku mieszania gruntu z zaczynem cementowym lub inną mokrą mieszaniną,
• Mieszalnik w którym mieszane są materiały sypkie z wodą,
• Pompy których zadaniem jest podanie materiału z mieszalnika do wiertnicy, która miesza grunt,
• Wiertnica – ustawia się nad wyznaczonym punktem i wwiercając się na projektowaną rzędną gdzie rozpoczyna mieszanie gruntu z jednoczesnym podawaniem zaczynu/suchego materiału do gruntu.

Opis wzmocnienia podłoża w technologii kolumn DSM

Proces formowania kolumn rozpoczyna się od ustawienia maszyny i specjalnego mieszadła na wyznaczonym punkcie na budowie. Maszyny wykonujące kolumny to palownice i wiertnice poruszające się na gąsienicach, ich masa sięga nawet 80t. Palownica może być wyposażona w jedną bądź dwie żerdzie o różnym rozstawie, co umożliwia wykonywanie kolumn nachodzących na siebie (ma to zastosowanie w przypadku wykonywania szczelnych przesłon) lub też nie. Żerdzie mają na swojej wysokości łopatki, które mieszają grunt rodzimy z podawanym, przez dolną część żerdzi zaczynem. Mieszanie gruntu w podłożu tworzy kolumnę homogeniczną o wypadkowych parametrach mieszanych różnych warstw gruntu. Taką kolumnę cementogruntu wykonuje się poprzez zagłębianie się żerdzi i mieszadeł do warstwy nośnej lub nieprzepuszczalnej (w zależności od zastosowania) po czym żerdź jest podciągana stopniowo do góry przy ciągłym mieszaniu gruntu ze stale podawanym materiałem. Następnie żerdź zagłębiana jest ponownie do rzędnej docelowej i przy ciągłym mieszaniu gruntu i pompowaniu podciągana jest do poziomu terenu lub projektowanej rzędnej wykonania kolumny. Proces wymieszania jest powtarzany kilkukrotnie, aż do uzyskania odpowiedniej jednorodności cementogruntu. Kolumny wykonywane są do różnych głębokości, sięgających nawet 15 m. Dzienna wydajność jednej maszyny to 50 do 120m3. Średnica kolumn dobierana jest na etapie projektowania i może wynosić od 0,6 do 2,0 m.

W zależności od przeznaczenia, do zaprojektowania kolumn DSM potrzebne są następujące parametry:

• Wytrzymałość na ściskanie,
• Wytrzymałość na ścinanie,
• Moduł ściśliwości,
• Gęstość,
• Przepuszczalność.

Wartości tych parametrów zależą od rodzaju projektowanej konstrukcji i sposobu jej pracy. Wykonane kolumny są sztywniejsze od gruntu przez co naciski koncentrują się na nich i ważnym ich parametrem jest wytrzymałość na ściskanie. Wytrzymałość na ściskanie gruntu po 28 dniach od wykonania kolumn oraz przepuszczalność gruntu zależne są od ilości cementu podanego na m3 gruntu, a także od rodzaju gruntu, w którym formowane są kolumny.

W przypadku gdy kolumny stosowane są jako przesłony przeciwfiltracyjne lub jako konstrukcje oporowe, kluczowe znaczenie ma współczynnik wodoprzepuszczalności oraz wytrzymałość na zginanie. Tu ważne jest zastosowane zbrojenia w postaci kształtownika stalowego lub kosza zbrojeniowego.

Wady i zalety kolumn DSM

Kolumny DSM podobnie jak każda z metod wzmocnienia gruntu ma swoje zalety i wady.

Do zalet na pewno należy wysoka wydajność dzienna oraz opłacalność ekonomiczna przy dużych projektach. Kolumny można stosować w zasadzie w każdym rodzaju gruntów, przy czym trzeba mieć świadomość, że parametry wytrzymałościowe będą się różnić w zależności od warunków gruntowych. Rozstaw i siatka kolumn mogą być bardzo różnorodne i dostosowane do potrzeb danego projektu. Przyjmując różne ilości podawanego cementu możliwe jest dokładne oszacowanie parametrów otrzymanych kolumn jeszcze w fazie projektowej. Metoda nie generuje drgań oraz jest stosunkowo cicha przez co możliwe jest jej stosowanie nawet w ścisłej zabudowie.

Wadą metody wgłębnego mieszania gruntu jest ograniczona głębokość wykonywanych kolumn. Wykonanie tej technologii niemożliwe jest również w bardzo sztywnych i zagęszczonych gruntach, a także w gruntach zawierających głazy i inne przeszkody. Z uwagi na wymiary sprzętu niemożliwe jest wykonywanie kolumn w bezpośrednim sąsiedztwie istniejących obiektów.

Metoda wzmocnienia podłoża w postaci kolumn DSM może mieć zastosowanie jako:

• Wzmocnienie podłoża pod obiekty liniowe takie jak nasypy kolejowe i drogowe, oraz pod obiekty mostowe,
• Pod wielkopowierzchniowe obiekty kubaturowe, pod posadzki lub place manewrowe
• Szczelne przesłony w nasypach przeciwpowodziowych,
• Szczelne obudowa wykopu w formie palisady (możliwe zbrojenie kolumn za pomocą sztywnego zbrojenia np. profili HEB, IPE),
• Zabezpieczenie stateczności nowobudowanych nasypów.

Kolumny DSM – jaka jest cena?

Z uwagi na dużą szybkość wykonania, zróżnicowane średnice oraz wytrzymałość, koszt wzmocnienia podłoża w postaci kolumn DSM, w ujęciu objętościowym będzie niższy niż przy zastosowaniu innych technologii a cena konkurencyjna. Najważniejszym czynnikiem kształtującym cenę będzie koszt materiału wiążącego tj. cementu. Oczywiście należy wziąć pod uwagę dodatkowe koszty. Aby palownica, czyli sprzęt do wykonywania kolumn DSM, mogła pracować w bezpieczny sposób, należy przygotować platformę roboczą. W przypadku konstrukcji oporowych na cenę kolumn wpływa również ilość zbrojenia, która uzależniona jest od momentu zginającego.