Agyagos talajok szilárdságnövelése mész-cölöpözéssel
Kutatás az Egyült Királyságban

C.D.F. Rogers, S. Glendinning – Loughborough Egyetem –
ENGINEERING GEOLOGY, pp 243-257, Elsevier Kiadó, 1997.
Kulcsszavak: Talajstabilizálás, Mész-cölöpök, Puha altalaj, Talajjavítás, Rézsuvédelem

Összefoglalás

A mész-cölöp lényegében a talajba fúrt lyuk, amit mésszel töltenek fel. Agyagos talajok helyszíni kezelésére két különbözo alapesetben lehet mész-cölöpöket használni.
Az elso esetben, elég surun, viszonylag nagy átméroju lyukakat fúrnak, amiket égetett (oltatlan) mésszel töltenek fel a felpuhult agyag teherbírásának növelésére, Hatásukra lényegesen lecsökken a környezo talaj víztartalma, ami tömörödését és velejáró szilárdságnövekedését eredményezi. A másik esetben megcsúszott rézsu állékonyságát lehet visszaállítani, amennyiben vagy égetett mészkezelést, vagy mésztejjel kitöltött furatokat használva, szilárdságnövekedéssel járó ion-cserét idézünk elo a mész és a környezo agyagtalaj között.
Bár a többi technológiához képest viszonylag ritkán, de világszerte eredményesen használtak mész-cölöpöket, megítélésük meglehetosen eltéro. Az irodalomban megjelent közlemények a legjobb esetben is következetlennek, de sok esetben kimondottan ellentmondásosnak nevezhetok. Ennek oka, hogy nyilvánvalóan hiányos a mész-cölöpökre vonatkozó ismeretanyag. Jelen cikk éppen azt célozza, hogy a legújabb kutatások alapján fényt derítsen az irodalmi ellentmondásokra.

A cikk a szerzok véleménye szerint muködo stabilizációs mechanizmust írja le, továbbá felvilágosításokat ad az irodalomban ennek ellentmondó, illetve ezt alátámasztó közleményekkel kapcsolatban. Ily módon alapot teremt a tervezéshez, ámbár további megállapításokra lesz szükség egy-egy adott helyszíni alkalmazásnál használandó talaj-paraméterek tekintetében. Példa gyanánt bemutatja az Egyesült Királyság területén alkalmazott tervezés menetét.

1. Bevezetés

Az agyag általában sok problémát okoz a mérnököknek. Ennek oka az agyag összetett természete, foleg a plaszticitása és kicsi vízátereszto képessége, ami miatt a benne uralkodó pórusvíznyomás (vele együtt a nyírószilárdság) idofüggvényes folyamattá válik és megváltoztatja a tömeg térfogatát. Befolyással bír még minderre a halmaz szerkezete, az ásványi, vagyis vegyi összetétele. Két különleges tulajdonság okozza a legnagyobb nehézséget, nevezetesen, hogy a feszültségek hatására az agyag hajlamos az elnyíródásra és/vagy az összenyomódásra, ami az idok folyamán állékonyság-veszteséget okoz a bevágási-, és töltés rézsukön.
Az agyag tulajdonságait in situ is meg lehet javítani a kívánatos mélységig kiterjedo kezeléssel, amennyiben el akarjuk kerülni a drágább szerkezeti beavatkozásokat, mint például a cölöpözést, kihorgonyzást, vagy talaj-szögelést. Hatékonynak bizonyul például az agyag vegyi összetételének megváltoztatása, miáltal megnövelhetjük a szilárdságát, illetve merevségét, különösen, ha hosszú ideig tartó cementálódási reakciókat tudunk kiváltani. A mész jól szolgálja ezt a célt.

Helyesen értelmezett és jól megfontolt mész-kezeléssel sikeresen meg lehet javítani az agyag mérnöki tulajdonságait. A mész-kezelés hatékonyságát elso sorban kation-csere (kicserélés) szolgáltatja, amit az agyag szilikát összetevoivel fellépo és szilárdulást eredményezo reakció követ (TRB,1987). A kation-csere (vagyis az átalakulás) a mész hozzákeverését követo 24 – 72 óra alatt zajlik le, ami az agyag-részecskék fürge pelyhesedésében mutatkozik meg. Ilyenkor az agyag kohéziós tulajdonsága alapvetoen átváltozik egy törmelékes, szemcsézett szerkezetté, ami jelentosen megnöveli az agyag szilárdságát (Rogers & Glendinning, 1996a). A stabilizálódás a hosszú távra kiható járulékos szilárdság-növekedésre vonatkozik, amit a kalcium-szilikát és kalcium-aluminium hidratált géljeinek kikristályosodása hív életre, amelyektol aztán a feloldódott agyagásványok erosen lúgos környezetbe kerülnek.

Meszet már régóta szokás széles körben alkalmazni az útépítéseknél, amikor az úttükör agyagos anyagát mésszel alaposan összekeverve jobb bedolgozhatóságot, nagyobb nyírószilárdságot és fokozott teherbíró képességet érnek el.
Kevésbé volt szokásos a mész mélyebb rétegekre kiterjedo alkalmazása szilárdítás céljára, holott erre három különbözo módszer is ismeretes. Kínában, Japánban, Singapurban és a Skandináv államokban például, mész-oszlopokat készítettek a puha altalajok alapozás céljára történo elokészítéséhez. A technológia alapelve, hogy agyag és mész alaposan összekevert anyagából in situ, vagyis a helyszínen, hengeres oszlopokat készítenek [L. 1. ábrán]. A furatba betáplált oltatlan mész reakcióba lép a környezo talajjal, amitol nagyobb szilárdságú és (kezdetben) nagyobb vízátereszto képességu oszlop keletkezik.

1.ábra: Mész-oszlopok eloállítása (Broms & Boman, 1979)

Beírások fentrol lefelé: Oltatlan mész – Forgató rúd – Forgóasztal – 10 m mélységig – Keverolapát -- Elkészült mész-oszlop

Az USA-ban kidolgozott „nyomás alatt mésztejet beinjektáló” rendszer (Blacklock & Wright, 1986) speciális berendezést igényel (2.ábra). Duzzadó agyagtalajok, iszapok és egyéb puha talajok, valamint elcsúszott rézsuk kezelésére használták, ahol a bevitt pórusvíz-túlnyomás valószínuleg még súlyosbította az állékonysági problémákat.

A harmadik alkalmazási terület a mész-cölöpökre vonatkozik. Ezek alapjában véve a talajba fúrt lyukak mésszel történo kitöltését jelentik. Ilyenekkel már dolgoztak rézsuállékonysági feladatokkal kapcsolatban az USA-ban, Thaiföldön, Svédországban és Ausztriában, valamint puha talajok szilárdságág-növelésével kapcsolatban Kínában, Japánban és Oroszországban.

Ez a cikk az agyag talajok mélystabilizálásával kapcsolatos problémák megoldását tuzi ki céljául mész-cölöpök segítségével. Összefoglalja és tárgyalja az irodalomban fellelheto tapasztalati és terepen szerzett adatokat, amelyeket -- ami a megkövetelt stabilizáló mechanizmusokat illeti – , értelmezni szándékozik a Loughborough Egyetemen lefolytatott kutatások tükrében. Maga a kísérleti program másutt van leközölve (Glendinning, 1995. és Rogers & Glendinning, 1994.). Továbbá a cikk bemutatja az eljárás alkalmazhatóságának határait, amit az Egyesült Királyság területén általánosságban elképzelheto felhasználási feltételek figyelembevételével ad elo.

2. A mész-cölöpök készítése és mûködési módja

Ingles & Metcalf (1972) írta le a mész-cölöp készítésének egyik módját (lásd 3. ábra), amelynél egy alul zárt üres csövet nyomnak le a kívánt mélységig a talajba, amibe aztán, a cso lassú felhúzása közben oltatlan meszet préselnek bele. A nyomás kinyitja a cso talpnál lévo szelepet, miáltal a bepréselt mész bejut az alul kitáruló üregbe. Méterenkénti betöltés, illetve felhúzás után bezárják a szelepet, és magával a csovel tömörítik a cölöpöt képezo betöltött meszet.
Alternatív megoldásként, ahol a furat fala önmagában (béléscsöves megtámasztás nélkül) megáll, furatot készítenek a kívánt mélységig, amit szabad beöntéssel, vagy töltogaraton át, szakaszonként, oltatlan mésszel töltenek fel, és rétegenként tömörítenek. Az alkalmazási feladattól és az észlelt stabilizáló mechanizmustól függoen néhol oltott meszet, vagy még gyakrabban mésztejet töltenek a lyukba.

Meg kell jegyezni, hogy a „mész-cölöp” és „mész-oszlop” fogalmakat felcserélve használták az irodalomban, ami értelmezési zavarokhoz vezetett a stabilizálási mechanizmusaikat illetoen. Valójában ugyanis különbözo mechanizmusok érvényesülnek a kivitelezési technológia, illetve a felhasználási terület különféle kombinációi szerint.

A Loughborough Egyetemen lefolytatott tapasztalati és tereptanulmányok alapján a jelen cikk szerzoi úgy gondolják, hogy a stabilizáló mechanizmus az alábbiakból tevodik össze:

2.ábra: Rézsu stabilizálása nyomás alatt besajtolt mésztejjel (Országos Mészipari Szövetség, 1985.)

Beírások fentrol lefelé: Töltés – Injektáló gép – Mésztej szálak – Eredeti terepszint – Besüllyedések vonala – Puha agyag – Húzási repedések

3.ábra: Mész-cölöpök eloállítása puha altalajban (Ingles & Metcalf, 1972.)

Beírások fentrol lefelé: Tipikus átméro = 0,5 m

2.1. Oldalirányú konszolidáció

Amikor az oltatlan (égetett) mész vizet szív fel a környezo talajból, reakcióként megindul az a folyamat melynek során oltott mész keletkezik:

CaO + H2O ? Ca(OH)2

Ha az égetett mész nincs beszorított állapotban, a szilárd alkotórészei jelentos mértékben megduzzadnak, hiszen az égetett és az oltott mész térfogat-aránya 1:1,99. Kimondható tehát, hogy a mésztömb eme duzzadása oldalirányú konszolidációt idéz elo a cölöpöt körülvevo altalajban. Ugyanakkor viszont, a hidratációs reakció egészének (vagyis a mész folyékony alkotórészeit is beleszámítva) sztöchiometriájának* figyelembe vétele arra utal, hogy egy csekély nettó térfogatcsökkenés következik be. Ennek megfeleloen tehát nem lehetne érvényes a fizikai duzzadással kapcsolatos elgondolás, hacsak nincs adva valamilyen külso vízhozzájutási lehetoség, ami a mész hidratációját lebonyolítja. A folyamat hatására a környezo halmaz talajrészecskéi összetömörödnek, hiszen a hidratációs folyamathoz szükséges vizet a mész a talaj pórusaiból kell, hogy elszívja. Viszont úgy gondoljuk, hogy a tömörödés nem a fenti elgondolás eredményeként jön létre attól a fizikai duzzadástól, amelyik a talajból vizet présel ki.
[*Sztöchiometria a vegyészet azon ágazata, amely a vegyi folyamatok során tapasztalható súly és térfogatváltozásokat, valamint azok törvényszeruségeit állapítja meg].

2.2. Víztartalom csökkenés

A mész oltódási folyamata vizet szív el a cölöpöt körülvevo altalajból és, mivel a folyamat erosen exothermikus, goz is fejlodik. Néhány szerzo szerint, ez a kettos folyamat jelentos mennyiségu vizet szív el a környezo talajból, miáltal csökkenti annak víztartalmát. Ugyanakkor viszont, igen jelentos mennyiségu meszet kell adagolni ahhoz, hogy észlelheto mértéku víztartalom-csökkenés jöjjön létre olyankor, amikor nincs gozfejlodés.

2.3. Az agyag és a mész közötti reakció

Sok szerzo írja le, hogy a mész a cölöpbol átszivárog (= migrál) az agyagos altalajba, ahol aztán szilárdulással járó reakciót kelt. Hogy ez megtörténhessen, mind a kalcium, mind a hidroxid ionoknak át kell jutniuk az agyagba. A rendszernek kalcium ionokkal kell telítodnie ahhoz, hogy a maximális kation-csere létrejöhessen az agyagásványok rendelkezésre álló cserélodési pontjaiban. A hidroxid ionok teremtik meg azt az erosen lúgos állapotot (pH > 12,4) amely szükséges ahhoz, hogy a szilicium és az aluminium feloldódjon mielott a kalcium-szilikát-hidrát és a kalcium-aluminium-hidrát gélek kikristályosodnának a stabilizálás létrehozásához. Jelen cikk szerzoi úgy találták, hogy az érintetlen agyagban igen kicsik a beszivárgási távolságok (Rogers & Glendinning, 1996b).

2.4. A pórusvíznyomás csökkenése

A talajba juttatott égetett mész negatív pórusvíznyomást hoz létre az agyagban, miután onnan szívja el a vizet a mész-cölöpben lezajló reakcióhoz. A puha, nedves és viszonylag vízátereszto talajban a szívóero csak a mész-cölöp közvetlen közelében és csak egészen rövid ideig lesz elég eros ehhez. A kisebb víz-áteresztoképességu szárazabb agyagokban viszont sokkal nagyobb szívóero lép fel, és sokkal tovább tart. Ehhez járul még, hogy a vízelszívás hatására megno a talaj normálfeszültsége, amitol megszilárdul és állékonyabbá válik. Ennek számottevo jelentosége lehet rézsucsúszási feladatok megoldásánál, amennyiben a meszezéssel kello idot biztosíthatunk a nagyobb idoigénnyel járó végleges stabilizáló muvek megépítéséhez. A szívóerok hatására ezeken felül fellép még:

2.5. A nyírási zóna konszolidációja

A mész adagolása konszolidációt idéz elo a megcsúszott rézsu átgyúródott agyagos talajának nyírási zónájában, amennyiben kello ideig tartó negatív pórusvíznyomást hoz létre, ami megnöveli az átlagos effektív normálfeszültséget, vagyis az állékonyságot. Ennek részletes ismertetése megtalálható Rogers & Glendinning 1993 évi cikkében.

2.6. A cölöp szilárdsága

A legtöbb hasznos tulajdonság maguknak a cölöpöknek a szilárdságából származik, mivel, több szerzo állítása szerint, a cölöp növeli a talaj teherbíró képességét. Ugyanez a megfigyelés vonatkoztatható a megcsúszott rézsu elnyíródási síkján fellépo nyírási ellenállásra is, ha számolunk a mész-cölöp kello megszilárdulása után a megcsúszott tömegre várhatóan kifejtett szilárdság-növelo hatásával, amennyiben a cölöp tartósan megmarad és alkalmazkodik az elmozdulásokhoz.

3. A stabilizácio mechanizmus

A stabilizáció mechanizmusával kapcsolatban két különálló témakör szokott felmerülni az irodalomban, de a szerzok általában csak az egyiket tárgyalják, a másiktól függetlenül. Az elso ilyen gondolatkör a cölöp duzzadását és az agyag vízveszteségét kapcsolja egymáshoz. A szerzok, akik ezt a mechanizmust helyezik elonybe, általában a puha altalaj teherbírásának növelésére és süllyedési jellemzoinek megjavítására használják a mész-cölöpöt az alapozás elokészítése gyanánt. A másik csoport képviseloi a kalcium ionoknak a cölöpbol a szomszédos agyagba történo átvándorlásában és az agyag valamint a mész ezt követo reakciójában hisznek. Azon szerzok, akik ezt a mechanizmust ismerik el, általában abban bíznak, hogy a mész-cölöpökkel jól lehet stabilizálni a merev agyagokban, mállott márgában és üledék-agyagban megcsúszott rézsuket.

Jelen cikk a fenti stabilizáló mechanizmusok fogalomköre szerint tárgyalja az irodalmi adatokat és, ahol lehetséges, feltárja és eloadja az ellentmondó bizonyítékokat azon megvilágítások alapján, amelyeket a Loughborough Egyetem kutatási munkái eredményeztek. Ahol valamelyik cikk egynél több mechanizmust is megemlít, a cikket az elsonek kiemelt mechanizmus alapján összegezzük és a többire csak hivatkozunk.

3.1. Oldalirányú konszolidáció

Sok szerzo írja le az oldalirányú konszolidációs mechanizmust a puha talajok feljavítása érdekében alkalmazott mész-cölöpözéssel kapcsolatban, de a legnevezetesebb eloharcosok a japánok. Kitsugi & Azakami (1982) írják le a „Vegyszeres cölöpözési módszer”-t, melynél darabos égetett mészbol készítik a cölöpöt. Alul zárt béléscsövet hajtanak le a talajba, majd a meszet légnyomással bejuttatják a béléscso visszahúzása közben alul keletkezo üregbe. A terepen végzett mérések alapján bizonyított javulást az 1. és 2. Táblázatok mutatják be.

A fo stabilizáló folyamatok közül jelen cikk azokat kívánja megkedveltetni az olvasóval, amelyek az oldalirányú konszolidáció során keletkezo duzzadással járó dehidrálással kapcsolatosak, mivel – úgy mondják –, hogy ezek megjavítják a talaj kohéziós tulajdonságait. A javulás mértékét úgy számítjuk ki, hogy a fajsúllyal szorzott lecsökkent víztartalom alapján becsléssel állapítjuk meg a duzzadás miatt keletkezo hézagtényezo-változást. Majd ebbol, a hézagtényezo és az effektív normál feszültség viszonyának változása alapján kiszámítjuk a szilárdság-növekedést, amit még megszorzunk a „szilárdulási tényezovel”, hogy végül megkapjuk a kohézió értékének változását.
A függoleges irányú süllyedésben bekövetkezo csökkenést a teljes süllyedésbol az oldalirányú konszolidációra eso rész figyelembevételével számoljuk ki.
Ezen algoritmusokat számszerusíto egyenletekbol számítjuk ki a szükséges cölöp-hosszakat.

Az oldalirányú elmozdulás egyetlen forrásaként – úgy néz ki – kizárólag csak a mész duzzadását tekinthetjük. A béléscsohöz képest lényegesen megvastagodott cölöpöket szoktak megfigyelni a terepen, ami alátámasztja ezt az érvelést. Míg a cölöp átmérojének bizonyos megnyúlása velejárója az alig észreveheto nettó térfogatváltozási feltételnek – hiszen a talajból érkezo víz lekötodik a cölöpben – az idézett átméro-értékek meghaladják a duzzadás eme mértékét. Ezt a járulékos átméro-növekedést viszont tulajdoníthatjuk a talajba behajtott béléscso által keltett oldalirányú talaj-elmozdulásnak, valamint a mész nyomás alá helyezésének, majd rákövetkezo tömörítésének, ami tovább bovíti az üreget a puhának mondott altalajban. Véleményünk szerint tehát a kivitelezési módszerrel összefüggo folyamat során bekövetkezett fizikai elmozdulás fordult elo, inkább, mint a mész oltódása miatti cölöp tágulás.

Kínában Wang (1989) ír le Kitsugi & Azakami (1982) méretezési képleteihez hasonlókat, de egyik szerzo sem hivatkozik a másikra. Orosz földrol Tystovich és szerzotársai írnak (1971) 30 m vastag átázott löszben tömörítésre használt mész-cölöpökrol. Itt is alul zárt, 250-500 mm átméroju csöveket hajtottak le 2 m-es hálózatban, amiket tömörítés közben égetett mész darabokkal töltöttek fel. A megjavult eredményeket a 3.Táblázat ismerteti. Ezen a munkahelyen a mész-cölöpök átméroinek 26-60 %-os megvastagodását figyelték meg, ami 160-260 %-os térfogat-növekedést jelent. Sugárirányú repedések is keletkeztek a környezo lösz talajban.
A térfogat növekedést a zárt végu csövek leverésével a löszben eloidézett tömörödésnek plusz az égetett mész-cölöpnek az oltódásából származó duzzadásának tulajdonítjuk. Ha a csövek leverésével járó tömörödéshez hozzáadjuk a puha és gyenge löszben az égetett mész oltódásával járó duzzadást (vagyis a mész kikényszerített oldalirányú mozgását), úgy látjuk, hogy kelloen megmagyarázták a megfigyelt átlós irányú növekményeket. Ami a megfigyelt repedéseket illeti, ezek nettó térfogat-csökkenést jelentenek, ami alátámasztja a korábban tett megjegyzéseinket,

1.Táblázat:
A puha agyag tulajdonságainak megváltozása a vegyszeres cölöpözés hatására (Kitsugi & Azakami, 1982)

Beírások balról jobbra: -- Mélység (m) – Kezelés elott – Kezelést követoen –
*Lábjegyzet: w = talaj természetes víztartalma, ? = a telített talaj térfogatsúlya, e = a talaj hézagtényezoje,
cu = drénezés nélküli nyírószilárdság az egyirányú nyomókísérletbol, (cu = 0,5 qu) ,
qu = egyirányú nyomószilárdság

2.Táblázat:
A vegyszeres cölöpözés jellemzoi (Kitsugi & Azakami, 1982)

Beírások balról jobbra: -- Cölöp jele – Átméro (m) –
*Lábjegyzet: Mint 1. Táblázatnál

3.Táblázat:
A kezelt lösztalaj jellemzoi (Tystovich és többen, 1971)

Kezelés elotti tulajdonságok Víztartalom, Plasztikus határ, Folyási határ, Telítettségi fok, Belso súrlódási szög, Tényleges kohézió
A lösz tulajdonságai a cölöp szélétol 1 m távolságban Telítettségi fok, Belso súrlódási szög, Tényleges kohézió

Chui & Chin (1963) vizsgálták az alapozási célra készített égetett mész cölöpök duzzadási tulajdonságait a Taipei Silt kísérleti telepen. Nem ismeretes a kísérleti eljárás menete, pusztán egy fényképrol az állapítható meg, hogy az agyagot ládákba tömörítették be, amibe aztán kicsi égetett mész cölöpöket építettek be. Folyamatos víz-utánpótlást és függoleges leterhelést láttak szükségesnek, hogy az agyagra ható duzzadási nyomást teljesen felszabadítsák (kifejthessék). Igen fontos ez a megjegyzés, hiszen más szerzok is javasolták, hogy vizet juttassanak az agyaghoz (ami azonban nincs ebben az összefüggésben általánosságban beigazolva).

Olyan helyeken, ahol vizet juttatnak az égetett mész cölöphöz (például felszínrol elárasztott térségekben), nagyon valószínu, hogy a cölöp fizikai duzzadása oldalirányú konszolidációt idéz elo az agyagban. Másik lehetoség, amikor konszolidáció valóban elofordulhat, ha a vizet egy viszonylag rideg talajszerkezetu anyag pórusain keresztül kiszívjuk (például gyenge homokkobol), amivel megteremtjük a feltételezetten szükséges oldalirányú feszültségeket. Ilyesmiktol eltekintve, a mész által eloidézett fizikai expandálás miatt nem jöhet létre oldalirányú konszolidáció.
Puha talajokban a béléscso lehajtása a furatba, amit a mésznek a furatba történo betömörítése követ, valóban eloidézheti a talaj fizikai elmozdulását, következésképpen oldalirányú konszolidációt.
Ily módon a talaj betömörödése többféleképen jöhet létre, de a mechanizmusok különböznek egymástól, ami azt jelenti, hogy az „oldalirányú konszolidáció” kifejezés igen zavaróan kétértelmu.
A mész-cölöpökkel lösztalajban elért siker arra utal, hogy a megkívánt tömörödést nagyobb agyagtartalom hiányában is el lehet érni, vagyis az ilyen módozatú javító beavatkozást például és általánosan az alluviális talajokban is lehet alkalmazni.

3.2. A víztartalom csökkenése

Az oldalirányú expanzió fogalmát gyakran összekapcsolják a víztartalom csökkenésével (?w). Kitsugi & Azakami (1982) az alábbi egyenleteket dolgozták ki a víztartalom csökkenésnek a talaj eredeti víztartalmához képest bekövetkezo változásának kiszámítására, amibol a cölöpök átmérojét és a cölöp-kiosztást lehet kiszámítani.

ahol:
?w.= a talaj víztartalmának csökkenése (%),
wo = a talaj eredeti víztartalma (%),
?t = a talaj in situ nedves surusége (t/m3)
as = a vegyszeres cölöp keresztmetszeti együtthatója, as = ?d2 / 4S2
d = a cölöp átméroje (m)
S = a cölöpkiosztás (m, derékszögben)
h = a mész-oszlop egyenértéku vízfelszívó képessége
?c = a mész-cölöp tényleges nedves térfogatsúlya (t/m3)
?w = a víz térfogatsúlya (t/m3)
Sr’ = az oltott mész vízzel telítettségének foka (%)
?’ = az oltott mész porozitása (%)
?v = a mész oltásával járó térfogati kitágulás együtthatója (%)

Úgy tunik, hogy az egyenlet feltételezése szerint a felvett vízmennyiség pusztán a mész-cölöp hézagainak kitöltésére elegendo és, amellett, függ a cölöp készítési módjától. Azonos eredményre jutnánk, ha egyszeruen kiszámítanánk azt a szükséges vízmennyiséget, amely ugyanazt a víztartalmat adná a cölöpben, mint ami a környezo talajban uralkodik. Az általunk elvégzett ellenorzo terep-kísérletek csak nagy vonalakban szolgáltattak összehasonlítható eredményeket.

Az idézett nagyságrendu (50-150 %) víztartalommal rendelkezo talajokra a képlet túl nagy vízelvonást állapít meg. Viszont, ha az Egyesült Királyság területére inkább jellemzo szárazabb túlkonszolidált agyagokra alkalmazzuk, a vízelvonásra sokkal mérsékeltebb eredmények jönnek ki (d = 0,1 m, S = 1 m kiosztás mellett a wo = 30 %-hoz ?w.= 1 % adódik), ami azt jelenti, hogy a szándékolt jelentos vízelvonáshoz viszonylag surun kiosztott, hosszú cölöpökre van szükség. Ez pontosan az, ami mellett a jelen cikk is lándzsát tör, ámde az EK-ban drága mész megengedhetetlenül nagy költséget róna az egyes beavatkozásokra, hacsak nem a nagyon vizes alluviális talajok megjavítása a feladatunk, ahol egyébként súlyos gondjaink lennének. Az elhatározást a gyors talajjavításra – amit ez az eljárás biztosít – persze a szükséges berendezések rendelkezésre állásának kérdése is befolyásolja. A késobbiekben leírásra kerülo orosz lösz-stabilizáció tapasztalatai viszont rámutatnak arra is, hogy a hatásos vízelvonáshoz nem feltétlenül szükséges, hogy a talajban sok agyag legyen.

Kitsugi & Azakami (1982) közölte azt az esettanulmányt, amelynél mész-cölöpöket alkalmaztak az 1,5-3,0 m magas úttöltés süllyedéseinek korlátozása végett. Az eredményeik szerint sokkal kisebb vízelvonást tapasztaltak, mint amirol a cikkünkben korábban szó volt (1.Táblázat), továbbá, hogy a cölöpökben mért víztartamom lényegesen kisebb maradt a környezo talajhoz képest. Ez arra utal, hogy a reakció (addigra még) nem fejezodött be. Mindamellett további kutatásokra, illetve megfontolásokra van szükség annak megállapítására, hogy milye tényezok befolyásolják a cölöp felé irányuló vízmozgást. Úgy véljük, hogy a víz-tartalom és a hézagtényezo közötti változást leíró összefüggés ebben az estben nem állja meg a helyét, következésképen, a drénezetlen nyírószilárdságot (?cu) valószínuleg nem jól számolták ki. Mivel a leközölt ?cu a mélység szerint növekszik, valószínusítheto, hogy a jelentésükben szereplo hatásokat a függoleges konszolidáció váltotta ki, amit a lecsökkent pórusvíznyomás folytán megnott tényleges normális feszültség hívott életre. Sajnos meg kell állapítanunk, hogy a szerzok nem közöltek le kello számú adatot ahhoz, hogy akár az egyenlet helyességét igazolni tudnánk, akár a megfigyelt jelenségeket megmagyarázhatnánk.

Orosz földrol Tystovich és szerzotársai (1971) közöltek beszámolót arról, hogy miként csökkenti a talaj víztartalmát a mész-oltáskor keletkezo ho, ami kipárolgással jár és gozt termel. Azt állítják, hogy a legjobb eredményeket a nedves porózus talajoknál érték el, mint amilyen a vízzel telített lösz. Az adott körülmények kétségtelenül elosegítik a talajban bekövetkezo vízmozgást, ami kedvezoen hat a tökéletesebb és gyorsabb mész-reakció lefolyására.

Az eredeti terepmunkáknál gozt és 40 mm széles, 480 mm hosszú repedéseket figyeltek meg a 250-500 mm átméroju cölöpök körül. A cölöp középpontjában és a szélén 390o és 50o C csúcshomérsékleti értékeket mértek a cölöpök megépítése utáni 4. órában. Ezek az értékek meglepoen hasonlítanak a Kitsugi & Azakami által (1982) w = 400-460 % víztartalmú tozegben épített 1000-1500 mm átméroju égetett mész cölöpöknél mért adatokhoz. Az oroszok a cölöpök szélétol 1 m távolságra vett mintákban jelentosen lecsökkent telítettségi fokot, viszont, jelentosen megnott szilárdsági értékeket mértek (3.Táblázat). A cölöpcsoport közepén végrehajtott lemezes teherbírás-mérés sokkal kisebb besüllyedést mutatott, mint az érintetlen talajon végzett ellenorzo kísérlet. Nem közölték, hogy milyen mélységbol vették az említett mintákat, tehát nem tudjuk, hogy a vízelvonás a cölöp teljes hosszára kiterjedt-e, vagy csak a felszínen volt kimutatható a gozölgésnek tulajdoníthatóan?
A mész oltódási folyamatához felhasználandó víz mennyiségét könnyu kiszámítani. A számításból kitunik, hogy viszonylag surun kiosztott és nagy átméroju cölöpök – ahogyan a távol-keleti kísérletben szerepeltek – szükségesek ahhoz, hogy jelentos vízelvonást kaphassunk eredményül.
Nagy átméroju cölöpök és gyors víz-hozzájutás (tehát a talaj nagy víz-áteresztoképessége és/vagy a talaj magas víztartalma teremti meg azon körülményeket, amelyek mellett észreveheto gozfejlodés indul meg, ami fokozza a talaj víz-veszteségét. Nem szükséges, hogy agyag is legyen a talajban, sot, mivel csökkenti a talaj víz-áteresztoképességét, akadályt is jelenthet az ilyen elgondolás szerint végzett stabilizációs munkáknál.

3.3. Az agyag és a mész reakciója

Számos szerzo véleményezi, hogy a mész-molekuláknak a mész-cölöpbol a talajba meginduló átszivárgásával kezdodo puzzolán képzo (cementálódási) folyamat nagyon lényeges és kedvezo stabilizáló hatást fejt ki a megcsúszott rézsuk kezelésénél. Errol lesz szó az alábbiakban.
Kitsugi & Azakami (1982) tárgyalják a puha talajok megjavítását célzó tanulmányukban, hogy miként kezd eltunni a mész a talajban a cölöptol való távolodás arányában. Viszont ugyanakkor az is elképzelheto, hogy a nyomás alatt az igen puha talajba bepréselt mész hajlamos tetemes elmozdulást eloidézni a talajban anélkül, hogy arról tudomást vennénk.
Tystovich at al. (1971) szintén bekapcsolják az átszivárgó mész és agyag közötti kémiai reakciót a valószínusített stabilizáló mechanizmusok közé annak ellenére, hogy a puha, vizes löszben alig volt agyag. Viszont, erre vonatkozóan nem közölnek adatokat.
Chui & Chin (1963) szintén megemlítik az agyag és a mész közötti reakciót, mint lehetséges talaj-javító eljárást, de ugyancsak mellozik a részletek ismertetését.
A puha talajokra vonatkozó irodalomban tehát kevés szál vezet minket a problémáinkhoz.

Az amerikai szerzok között viszont többen hivatkoznak erre a stabilizáló mechanizmusra a rézsu-állékonysággal kapcsolatban. Handy & Williams (1967) például egy eset-tanulmányt tettek közzé, amelynél 150 mm-es égetett mész-cölöpökkel sikerrel kezelték az úttöltés megcsúszott agyagrézsujét, ahol korábban több kipróbált hagyományos megoldás nem vált be (lásd 4. ábrát). Az agyagrézsu ásványtanilag foleg meszes montmorillonitból állt. A csúszási felület talajának paraméterei w = 27,2 %, ?’ = 17o, c’ = 4 kPa voltak. A védekezési terv kizárólag a mész becsült átszivárgási távolságán és a talajfajta valamint a mész között várhatóan kialakuló reakció számításba-vételén alapult. A cölöpöket 1,5 m-es hálózatban építették meg, hogy behatoljanak a feszített talajvíz-tükör alatt fekvo csúszási zónába. A furatokat szárnyas fúróval készítették (béléscsövezés nélkül), beléjük öntötték a meszet, amit vízzel meglocsoltak.
Három hónappal a mu elkészülte után vett minták 4% víztartalom csökkenést mutattak; (de nem írták le, hogy honnan vették a mintákat). A mu egy éves korában mért egyirányú töroszilárdság mintegy 55%-al volt nagyobb, mint a 3 hónapos korban vett mintánál. Reakcióra utaló, savban oldódó aluminátot és szilikátot mutattak ki a cölöptol 300 mm távolságban. Két évvel a mu elkészülte után, a cölöptol 300 mm távolságban, a felszín alatti 2 m-ben vett minta ?’ = 21o, c’ = 9,5 kPa értékeket adott. Nem észlelték a mész nyomait a talajvízszint felett, ami azt mutatja, hogy a vízre szükség van a mész megmozgatásához. Magának a mész-cölöpnek késobbi vizsgálata azt mutatta ki, hogy nagyon kevés mész vett részt a reakcióban. A kezelést követoen újabb csúszás következett be a kezelt zónánál mélyebben, ami arra figyelmeztet, hogy a kezelési tervet alaposabb elozetes feltárás után kell elkészíteni.
Két évvel a kezelést követoen bezárultak a csúszott területre épült házak falain észlelt repedések és nem jelentek meg újabbak. Úgy gondoljuk, hogy ez, eleinte, a locsolással bevitt víz hatására megduzzadt mésznek köszönhetoen történt. Késobb, a csúszási zónában megszilárdult mész akadályozta meg a mozgásokat.
Amennyiben a cölöpök hidratációját a csúszólap körüli nedves csúszási zóna környezetbol elvont víz idézte volna elo, a talaj tulajdonságainak javulását a vízelvonással és oldalirányú konszolidációval magyarázhatnánk (lásd Rogers & Glendinning, 1993). A talajfizikai jellemzok megjavulásából következtetve, így is gondolhatunk az oldalirányú konszolidációra, de nehéz megmagyarázni, hogy ez, vagy éppen a termett talaj tulajdonságainak változása, miért húzódott el az idoben. Ennek ellenére elképzelheto, hogy a mész hidraulikus úton történt átszivárgása (a locsolás folytán) bekövetkezett.

4.ábra. Rézsucsúszás megállítása mész-cölöpökkel Iowa államban (Handy & Williams, 1967).

Beírások fentrol lefelé: Aurora körút – Korábbi terepszint – Lépték, kb 10 m – 2x, Feltöltés – Kísérleti fúrás – Agyagpala – Az elso csúszólap – Talajvízszint – Patak – Elnyírt felületek – A talajkezelés határai –.

Az amerikai beszámoló legérdekesebb megállapítása a savban oldódó aluminát és szilikát kimérése, ami jelzi az agyag és a mész közötti reakció bekövetkeztét. Az átszivárgási körzet kiszámítására használatos Davidson et al (1965) képlet

L = kt0,5 (3)

szemmel láthatóan nem érvényes, amikor egyidejuleg vízáramlás is van jelen (lásd alább). Mindezek ellenére, ha csak a talaj vízátereszto képességét és a vízáramlást vesszük számításba, az írásban említett nagyságrendu ion-vándorlás alapján az agyagra 5 x 10-9 m/s átereszto képességi együtthatót számolhatunk ki, ami észszerunek látszik. Az ellentmondást úgy magyarázzuk, hogy a kezelést a kémiai reakció létrehozásához szükséges mész mennyiségébol számították ki, ámde csak igen kevés mész lépett reakcióba. Mivel úgy hitték, hogy bizonyos pH-érték (12,4) – ebbol kifolyólag mész-koncentráció – szükséges a reakció létrehozásához mielott az aluminát és szilikát oldatba menne át, megkérdojelezheto, hogy a reakció valóban lezajlott-e? Lehet, hogy a kísérlethez használt sav bontotta el az agyagot, és így jöttek ki a közölt eredmények.

Anon (1963), valamint Lutenegger & Dickson (1984) írnak le hasonló mész-cölöp felhasználási esetet, ahol úgy gondolták, hogy szükség volt az áramló vízre a mész átszivárogtatásának elomozdítása érdekében.

Indiában lefolytatott kiterjedt kutatás részeként Chummar (1987) ad hírt mérsékelten duzzadó tengeri agyaggal laboratóriumban végzett kísérletekrol, melyekben 200 mm kiosztással 20 mm átméroju mész és homok keveréku cölöpöket vizsgáltak. Ugyanitt ír a mész-cölöp sikeres használatáról egy laterites agyagból készült úttöltésben keletkezett csúszás megfékezése kapcsán. Sajnos nem közöl semmiféle tervezési adatot.
További terep-kísérletekrol írnak Shanker et al (1989). Ok is elengedhetetlennek találták, hogy áramló víz vigye a meszet az agyaghoz, amiért az elkészítésük után 3 hétig öntözték a cölöpöket. Ok 50 mm átméroju homokdrént építettek be a homok+mész keverékbol álló cölöpök tengelyébe, mert úgy gondolták, hogy ezzel elosegítik a vízmozgást.

Ayyar et al (1989) a cölöp alakjának a hatékonyságra gyakorolt befolyását vizsgálták mind a terepen, mind a laboratóriumban, ahol az agyagot 560 mm átméroju és 850 mm mély hengerbe tömörítették be. Ásványtanilag az agyag foleg szmektit-et tartalmazott. Az agyag wL = 60% és wP = 27% paraméterekkel rendelkezett. A terepen béléscso nélküli furatokba égett meszet öntöttek és kivárták, hogy a felszínére öntött kevés vízzel egyensúlyba jöjjön. A cölöp méreteit úgy döntötték el, hogy a mész száraz súlyára vonatkoztatva 2%-os víztartalma legyen. A befogadó agyagból 1, 2, 3 és 6 hét eltelte után vettek mintákat a mész-tartalmuk, nyírószilárdságuk és víztartalmuk megvizsgálása céljából. Azt találták, hogy több mész vándorolt át a környezo agyagba, mint amennyire az ion-csere létrejöttéhez szükség volt. Sajnos ok sem igazolták, vagy közölték le, hogy az ionok milyen messzire jutottak.

Venkatanarayana et al (1989) a fentihez hasonló laboratóriumi berendezésben, felszíni elárasztás mellett vizsgálták a cölöp-kiosztás hatását. A cölöpök közötti szakaszokról vett talajmintákon igazolták, hogy a surubb kiosztás nagyobb fokú javulást eredményezett. A részletes adatok itt is hiányoznak.

Érdekes ötletet vetettek fel, amikor megkísérelték összehasonlítani a mész-cölöpök által keltett hatást a hagyományos keverési módszer eredményeivel. Errol mindazonáltal az a véleményünk, hogy nem helyénvaló közvetlen összehasonlítást tenni a különféle kezelési módszerek során lekötodo mész térfogathányadai között, tehát, a közreadott grafikonjukat csak óvatossággal szabad kezelni. Ugyanis a plaszticitást, szilárdságot és megmunkálhatóságot módosító folyamat a keverési technológiánál nagyrészt a talaj szemcsézettségén, pelyhes szerkezetén és az újra-tömörítés hatásfokán múlik, mivel a cementáló reakciók csak ilyen kezelési pályán tudják a módosult agyag apró rögöcskéit egymáshoz kötni, hiszen ilyenkor az ionok nem az átszivárgásuk révén jutnak el a reakcióhoz. Az agyag és a mész közötti reakciókból származó talajjavító hatásnak a molekuláris szinten kell lebonyolódni, a fo stabilizáló mechanizmusnak pedig teljesen a többi folyamatból kell származni.

Brandl (1981) jelenti, hogy Ausztriában 1968 óta használnak mész-cölöpöket. Azt írja, hogy a laboratóriumi és terepkísérletek bizonysága szerint, a hosszú távú szilárdság a cölöpökbol diffundáló (kisugárzó, kiáramló) mésznek köszönhetoen jön létre. Úgy véli, hogy a mész hatásfoka – bármelyik alkalmazási módszernél – az agyagásvány tartalmon, az ion-csere lehetoségén és a felszabadítható szilicium tartalmon múlik. Legalkalmasabbnak a lazán települt, kis plaszticitású talajokat tartja, mivel azoknak természetüknél fogva jó az áteresztoképességük, és nem áll fenn náluk a gyors cementálódás veszélye, ami megakadályozhatná a további diffúziót, amennyiben elszigetelné a meszet. A talajfajtától függoen 80 – 500 mm átméroju cölöpöket készítettek 0,5 – 3,0 m kiosztással, amelyeknél ?’ = 15o változást is elértek. Ámbár nem ad meg adatokat a cölöpök idoállóságára vonatkozóan, Brandl kétli, hogy a reakciók idovel megfordulhatnak.

Ruenkrairergsa & Pimsarn (1982) egy Thaiföldön laza márgás agyagból épített töltés stabilizálásáról számolnak be. 150 mm átméroju kézi fúrással 3 méteres hálózatban hatoltak le a termett talaj felszínéig (5.ábra). Egyidejuleg öntöttek meszet és vizet a lyukakba és ezt a keveréket naponta négyszer töltötték fel a felszínig két hónapon keresztül. A cölöpöket közvetlenül az esos évszak beállta elott építették meg, mivel úgy gondolták, hogy a mész átszivárgása nem lenne lehetséges a víz áramlása nélkül. Az oldalirányú elmozdulást a feltöltésen keresztül a termett talajig lehajtott alumínium rudakkal mérték (4.Táblázat). A nyírószilárdságot in situ az „Iowa nyírószondával” (Handy & Fox, 1967) a fúrólyukakban mérték. A víztartalmakat és a plasztikus határokat a szondával kihozott mintákon mérték (5.Táblázat). Közvetlen az esos évszak után újra vettek mintákat. A szerzok azt állítják, hogy az oldalirányú mozgás mérséklodött, de nem állt meg. A szilárdság-változásokat az átáramlott mész miatt megjavult drénezésnek tulajdonították.
Nehéz az eredményeket értékelni, mivel nincs adatunk sem a kezelést megelozo oldalirányú elmozdulás mértékérol, sem a klimatikus viszonyokról. „Szárazabb” esos évszakban valószínuleg kisebb mozgás következne be, amennyiben valóban a víz a mozgás rugója. A plasztikus index 20-30%-ról átlag 12%-ra csökkenését (a folyási határ megnövekedése miatt) az agyag és a mész közötti reakciónak tudhatjuk be (lásd Rogers & Glendinning, 1996a). Ámbár sikerekrol számolnak be, igen munkaigényesnek látszik, hogy a mésziszapot 240 alkalommal kellett betölteni a lyukakba. Ez a megoldás különben is meddo lenne egy érintetlen (termett) agyagban.

Fohs & Kinter (1972) laboratóriumi vizsgálatokról számolnak be, melyeknél tömény kalciumos mésztejjel kezeltek kicsi montmorillonitos és kaolinitos agyag kockákat. A szabad kalcium-ion koncentrációt savas kivonatolással és titrálással (Ethylen-diamin-tetraceton sav = EDTA) határozták meg. Azt találták, hogy az átszivárgás 180 nap után 40 mm alatt maradt. Arra a következtetésre jutottak, hogy a vízáramlás és az ion-átszivárgás külön folyamatok, és hogy a legtöményebb mészoldatból jutott a legtöbb mész az agyaghoz, függetlenül az agyag víztartalmától.

Katti & Gupta (1970) a mész átszivárgását vizsgálták fekete gyapot-agyagban [cotton-soil, wL = 80%, wP = 40%]. Felváltva, hol a mész cölöpök álltak az agyagban, hol a talaj-cölöpök az égetett mészben. Az egyirányú nyomószilárdságot és a zsugorodási határt tekintették az átszivárgás mértékegységéül. Megállapították, hogy a mész 120 nap alatt érte el a 150 mm átméroju agyagcölöp közepét. Bár mindkét szélso esetben károsnak bizonyult, úgy gondolták, hogy az átszivárgást az alacsonyabb víztartalom és a nagyobb talaj-tömörség segítette elo, a kapillaritás elomozdításával.

Noble & Anday (1967) 25 mm átméroju oltott mész cölöpöket építettek be 150 mm átméroju tömörített agyagba, melynek ásványtani adatait nem adták meg. A minta tetejét agyaggal tömték le, és a mintákat leszigetelték. A szabad kalcium-ion tartalom meghatározása érdekében a mész átszivárgásának mértékét a minták savval történo permetezése után EDTA titrálással állapították meg. A mész ionok 44 nap alatt 45 mm utat tettek meg, és ez volt a maximum, amit mértek (a minták határa). A rövidebb távolságokon az ion koncentráció 99 napig növekedéssel folytatódott. Úgy minosítették, hogy ez a szaporulat a minta lazább sávjaiban következett be. Mi úgy gondoljuk lehetséges hogy, bár nem említik, a kation-csere folytán elfogytak a szabad kalcium ionok.

5. ábra Mészcölöpözés agyagpala úttöltésen (Ruenkrairergsa & Pimsarn, 1982.)



A Chiangmai-Chiangdao országos foút 115+500 km szelvénye agyagpala töltésben.
fentrol: -- Lelépcsozés – Valószínu eredeti domboldal – 3 m-ként 15 cm átm. égetett mész cölöp – A puha és kemény rétegek határvonala

Alaprajz – A megcsúszott rézsu mész-stabilizációja mély fúrólyukakban

4.Táblázat.

Agyagpala úttöltés rézsucsúszásának kezelése mészcölöpözéssel (Ruenkrairergsa & Pimsarn, 1982.)

Dátum Eltelt ido (nap) Az alappont és a vizsgált szelvény közötti távolság (m) Elmozdulás az eredeti távolsághoz képest Mérési vonal 1, 2, 3, 4 ….

5.Táblázat.

A víztartalom, kohézió és nyírási szög változása a mész-kezelés után (Ruenkrairergsa & Pimsarn, 1982.)

Vizsgált mélység (m) Víztartalom, w% ?w% Kohézió, c (kN/m2) ?c (kN/m2) Nyírási szög, ? fok ??, fok
Évszámok
-- Határértékek -- Átlagok
* (+) = növekmény -- (-) = csökkenés

Mint látjuk, széles körben elfogadják és hirdetik, hogy a mész átszivárog a cölöpbol a környezo agyagba, amellyel reakcióba lép, és ezáltal stabilizál. Hogy ez létrejöhessen, mind a kalcium ionoknak, mind a hydroxil ionoknak át kell jutniuk az agyagba. A rendszer kalcium ionokkal való telítodéséhez a maximális kation-cserére van szükség az agyagásványok összes rendelkezésre álló pontján. A hydroxil ionok hozzák létre azt az erosen lúgos környezetet (pH > 12,4), amely az agyagban lévo szilikátot és alumíniumot feloldja, amibol a kalcium-szilikát-hidrát és kalcium-aluminát-hidrát gélek létrejönnek, kikristályosodnak, és stabilitást eredményeznek. A laboratóriumi vizsgálatok azt mutatják, hogy a mész csak viszonylag kis távolságra hatol be az agyagba, ami elvárható abból a meggondolásból, hogy az agyag „sorompóként” muködik. Úgy néz ki, a hogy mész-ion szállítása a mész-cölöpbol a víz útján nem reális feltételezés, ez a mechanizmus nem is létezik. Valójában az képzelheto el, hogy ezt a mechanizmust a kapillaritás képviseli, és így a szárazabb agyagok ebbol a szempontból eredményesebbek.
A legvalószínubb, hogy a ténylegesen érvényesülo mechanizmus az ion diffúzió és a víz áramlási feltételeinek alávetett tömegmozgás kombinációja szerint muködik. Ami a diffúziót illeti, a megfigyelt rövid szállítási hosszakat az ion-cserével lehet magyarázni. Az ionok a cölöpbol az ion-csere vonzása alapján diffundálnak. Egyensúlynak kell fennállni, amit az biztosít, hogy az ion-kicserélodés iránti hajlamot az ellentétes ozmotikus potenciál egyenlíti ki. Az ioncsere-képességet viszont az agyagásvány szabályozza. Amikor oltott meszet (mész-iszapot, vagy mésztejet) használtak a cölöpökhöz, sokkal hosszabb átszivárgási távolságokat jelentettek, valószínuleg az intenzívebb hidraulikai szállítási viszonyok eredményeképpen. Láttuk, hogy egyesek a cölöpök „öntözését” is javasolták (alkalmazták) az ionok kedvezobb vízi úti szállítása érdekében. Az ion-átszállítás mérésének módja sok esetben megkérdojelezheto. Több esetben pedig hivatkoznak a migrációra anélkül, hogy a tényeket alá tudnák mérésekkel támasztani. A reakciók önkorlátozó mivoltát, miszerint a cölöp melletti talaj akadályozza a további migrációt (mész-ion átszállítást), szintén figyelembe kell venni a migrációs folyamat megítélésénél.
A fentebbi gondolatok alaposabb részletezése megtalálható Rogers & Glendinning 1996b. közleményében.

3.4. A talajvíznyomás csökkenése

Az irodalom nem tesz említést errol a jelenségrol, holott a Loughborough Egyetem laboratóriumában folytatott kutatásaink során hozzájutottunk erre vonatkozó megfigyelésekhez. A negatív pórusvíznyomást a cölöpökben lévo, erosen vízszívó hatású égetett mész hozza létre, minek folytán magába szívja a vizet a környezo agyagból. Egészen 20 kPa nagyságrendig terjedo víznyomást is tudtunk mérni mind a laboratóriumi kísérletekben, mind – ami sokkal fontosabb – a terepen. Ez a nagyon fontos mechanizmus igen rövid ido alatt zajlik le.

3.5. A nyírási zóna konszolidációja

Errol a fogalomról sincs szó az irodalomban, holott, a negatív pórusvíznyomás hatására a csúszólap mentén, illetoleg nyírási zónában átgyúródott agyag túl-konszolidációja növeli az agyag szilárdságát. A nyírási zónát alkotó agyag különösen ki van téve eme szilárdulási formának, hiszen ott sokkal nagyobb a víztartalom, mint a maradék többi talajrétegben. Ettol a mechanizmustól kicsi szilárdulás-növekedés várható, amit mégsem szabad elhanyagolni, különösen a lapos, kúszó rézsumozgásoknál. A tárgyról még több szót ejtünk a késobbiekben.

3.6. A mész-cölöp szilárdsága

Egyedül Kitsugi & Azakami (1982) az a két szerzo, akik külön kiemelik magának a cölöpnek a szilárdságát mint fo járulékos tényezot a puha talaj teherbírásában elért javító hatást illetoen. Közlik, hogy átlagosan 431 kN/m2 szilárdság-értéket értek el. Adalékanyagként égetett mésszel elorekevert kalcium-szilikátot és/vagy kalcium-aluminiátot használtak, minden bizonnyal a szilárdság növelése céljából.
A cölöp szilárdsága függ a körülötte lévo talaj megtámasztó hatásától. Az oldalirányú megtámasztás lényegesen no a mélységgel. Ennek értelmében igen fontossá válik az ilyen igénybevételre alkalmas cölöpök tervezésénél, hogy mekkora a terepszinthez közeli agyag függoleges irányú befogó hatása. Gyakorlatilag a cölöpbol és a talajból álló rendszer együttese szolgáltat ellenállást az alkalmazott külso feszültségekkel szemben, melyhez meg kell teremteni az egyensúlyi feltételeket.

4. TÉMAZÁRÓ ÉRTÉKELÉS AZ E.K. TERÜLETI ALKALMAZÁSAI TÜKRÉBEN

Az irodalmat átkutatva láttuk, hogy számos helyen értek el sikert mész-cölöpök használatával akár puha altalaj teherbírásának megnövelése, akár megcsúszott rézsuk stabilitásának helyreállítása érdekében. A stabilitást eredményezo mechanizmusokat a számos országból származó szerzok néhol helytelenül magyarázták, a tárgyban írt közlemények számottevo része pedig vagy ellentmondásos, vagy félrevezeto. Emiatt, bár a technológia érvényessége fennáll, felmerült, hogy egy összefoglaló kutatási programot kell végrehajtani mind a laboratóriumban, a különbözoképpen muködo stabilizáló mechanizmusok lehatárolása végett, mind a terepen, az eljárások igazolására.

A Loughborough Egyetemen lefolytatott kutatás a rézsuromlások helyreállításával kapcsolatban elemezte az égetett mésszel készített cölöpök alkalmazási lehetoségeit, és errol az alábbiakban számolunk be röviden a fent említett stabilizáló mechanizmusok tükrében. A következtetéseket részben a laboratóriumi adatok alapján vonjuk le, de – ami ennél sokkal fontosabb –, az alább leírásra kerülo mu négy évre visszatekinto terepen ellenorzött viselkedésével kapcsolatos megállapításainkat is számításba vesszük.

A vizsgálat a Perry (1989) által leírt sekély mélységu terepkúszásra koncentrált. A megcsúszott tömeg 95%-ának mélysége a 2 m-t is alig érte el, tehát a csúszólapon fellépo normálfeszültség tipikusan a 10 és 40 kPa tartományban mozgott. Mindeddig még egyetlen beszámoló sem jelent meg olyan megtervezett kutatási program végrehajtásával kapcsolatban, ahol égetett mész-cölöpöt használtak volna a puha talaj megszilárdítására, tehát valójában ez a cikk képviseli az elso mindenre kiterjedo kritikát erre az igen ígéretes technológiára vonatkozóan.

A terepkúszás tanulmányozása során hamarosan kitunt, hogy a tényleges kohézió (c’) kicsi változásai dramatikusan megváltoztatták a rézsuállékonyság biztonsági tényezojét. Ámbár vitatni lehet, hogy a c’ hatása a talajra mesterséges feltételezés, és hogy a c’ gyér alapot szolgáltat az állékonyságvizsgálat céljára, a c’-be vetett bizalom azonnal elfogadhatóvá válik, ha a szilárdságnövekedést inkább „cementálódásnak”, mint „kohéziónak” tekintjük. Égetett mész cölöpök esetében a c’ többlet viszonylag nagy, miután több forrásból ered. Ezek hatása egymásra halmozódik, amitol a kivitelezést követo különbözo idopontokban folyamatosan lehet észlelni a biztonsági tényezo növekedését. Ezt a megállapítást tartottuk szem elott amikor a szilárdulási mechanizmusok egyértelmu listáját összeállítottuk.

Az Egyesült Királyság területén található bevágások és töltések túlkonszolidált agyagjaiban nem várható a mész-cölöpök jelentos megduzzadása, részben a túl merev befogottság, részben az alacsony kiindulási víztartalom miatt. Még olyankor sem számíthatunk kedvezo eredményre, amikor kívülrol jut víz a cölöphöz, például az agyag túl gyors dehidrálódása folytán kialakuló sugár irányú repedéseken át, mert a nagy fokú befogottság a cölöpbe suríti vissza a meszet. Az agyagtalaj egészének víztartalom-vesztesége még kicsi valószínuséggel is csak mérsékelt lesz, hiszen a terepen tett megállapítások szerint csak egy szuk gyurure korlátozódik a cölöp körül, ott is differenciáltan, ami viszont az agyag sugár-irányú repedezéséhez vezet.
A mész, tehát mind a Ca2+, mind az OH- ionok átszivárgása (migrációja) a cölöpbol, vagy a mésszel feltöltodo repedésekbol az agyagba, szinte jelentéktelen mennyiségben, az ugyancsak jelentéktelen 20-50 mm-re fog korlátozódni. [Mindazonáltal nem kizárt, hogy sokkal hosszabb ido alatt az említettnél több Ca2+ ion jut át az agyagba, de ez ido szerint erre nincs bizonyítékunk, holott Quigley et al (1990) jelezték, hogy tereprendezési munkákkal kapcsolatos burkolatépítésnél tapasztaltak ilyesmit].
Ily módon a berendezés hatásfoka szükségszeruen csak a késobb bekövetkezo agyag/mész reakcióra korlátozódik. A mész-cölöpök által keltett pórusvíznyomás-csökkenés viszonylag jelentos nagyságú. A leszívó hatás azonnal növeli a rézsu stabilitását, ugyanúgy, mint ahogyan a rézsu kialakításakor fellépo szívófeszültség-csökkenés fejti ki tekintélyes stabilizáló hatását. A nyírási zóna túl- konszolidáltsága a helyre jellemzo talajviszonyoktól függ, mégis, várható a tényleges (muködo) kohézió 1-5 kPa-nyi javulása, ha a túlkonszolidálás teljesen és hatékonyan befejezodhet. Idovel jelentos cölöpszilárdság alakulhat ki, ami részben a befogottság mértékétol, nagyobb mértékben pedig az agyag kiinduló víztartalmától függ. A terepen 2 év után, a laboratóriumban (vagyis ideális környezetben) 4 hónap után 400-500 kPa egyirányú töroszilárdságot mértünk. Viszont, egy elszigetelodött folyómeder feltöltodött igen puha vizes alluviális talajában nem értünk el észreveheto szilárdság növekedést az égetett mész tömörítés nélküli betöltésével készült cölöpök ellenére. Ebben a szilárdító mechanizmusban csak akkor bízhatunk meg, ha a lyukakat béléscso nélkül is állékony, viszonylag száraz agyagba fúrják. Egyébként más technológiát kell alkalmazni.
Semmi okunk sincs azt hinni, hogy az E.K. területén ne lehetne mész-cölöpöket használni a puha talajok szilárdítása céljából, ámbár pillanatnyilag nem folynak kutatások ezek hatékonyságának bizonyítására.